أحيانًا أحدد نقطة الضعف في مقالاتي بناءً على رسائل البريد الإلكتروني والتعليقات التي يتلقونها.
كان أحد المقالات الشائعة التي قمنا بها هو إدراك ستيفن هوكينج أن الثقوب السوداء يجب أن تتبخر على مدى فترات زمنية طويلة. تحدثنا عن الآلية ، وذكرنا كيف توجد هذه الجسيمات الافتراضية التي تخرج من الوجود.
عادةً ما تبيد هذه الجسيمات ذاتيًا ، ولكن على حافة أفق حدث الثقب الأسود ، يسقط جسيم واحد ، بينما يكون الآخر حرًا في التجول في الكون. نظرًا لأنه لا يمكنك إنشاء جزيئات من لا شيء ، يحتاج الثقب الأسود إلى التضحية بالقليل من نفسه لشراء حرية هذا الجسيم المشكل حديثًا.
لكن مقالتي القصيرة لم تكن كافية لتوضيح بالضبط الجسيمات الافتراضية. من الواضح أنك جميعًا تريد المزيد من المعلومات. ما هم؟ كيف يتم الكشف عنها؟ ماذا يعني هذا للثقوب السوداء؟
في مثل هذه الحالات ، عندما أعرف أن شرطة الفيزياء الفعلية تراقب ، أود أن أتصل بجرس. مرة أخرى ، سأعود وأتحدث إلى صديقي العزيز ، والفيزيائي الفلكي العامل الفعلي ، الدكتور بول مات سوتر. وقد كتب أوراقًا حول موضوعات مثل التحليل البايزي للفجر الكوني ومحاكاة MHD للتدفقات المغناطيسية الخارجية. انه يعرف حقا له الاشياء.
فريزر كين:
يا بول ، السؤال الأول: ما هي الجسيمات الافتراضية؟
بول مات سوتر:
حسنا. لا ضغوط ، فريزر. حسنا حسنا.
للحصول على مفهوم الجسيمات الافتراضية ، يجب عليك في الواقع أن تتراجع للخلف وتفكر في المجال ، خاصة المجال الكهرومغناطيسي. في رؤيتنا الحالية لكيفية عمل الكون كل الفضاء والوقت مليء بهذا النوع من مجال الخلفية. ويمكن لهذا المجال أن يتأرجح ويتأرجح ، وأحيانًا تكون هذه الأضلاع والأضلاع مثل الموجات التي تنتشر إلى الأمام ، ونطلق على هذه الموجات الفوتونات أو الإشعاع الكهرومغناطيسي ، ولكن في بعض الأحيان يمكن أن يجلس هناك وأنت تعرف bloop bloop bloop ، فقط تعرف البوب يتلاشى ويخرج ، أو صعودا وهبوطا ، ويغلي قليلا من تلقاء نفسه.
في الواقع ، كل الوقت هو نوع من التمايل / التمايل حول هذا المجال حتى في الفراغ. الفراغ ليس غياب كل شيء. الفراغ هو فقط حيث يكون هذا الحقل في أدنى حالة طاقة. ولكن على الرغم من أنه في أدنى حالة طاقة ، على الرغم من أنه ربما في المتوسط لا يوجد شيء هناك. لا يوجد شيء يمنعها من مجرد bloop bloop تعلمون أن الفقاعات حولها.
لذا في الواقع الفراغ هو نوع من الغليان مع هذه الحقول. على وجه الخصوص المجال الكهرومغناطيسي وهو ما نتحدث عنه الآن.
ونحن نعلم أن الفوتونات ، ذلك الضوء ، يمكن أن تتحول إلى أزواج من الجسيمات والمضادة للجسيمات. يمكن أن يتحول إلى إلكترون وبوزيترون. يمكنها فقط القيام بذلك. يمكن أن يحدث للفوتونات العادية ، ويمكن أن يحدث لهذا النوع من الفوتونات المتذبذبة المؤقتة المتذبذبة.
في بعض الأحيان يمكن للفوتون أو أحيانًا المجال الكهرومغناطيسي أن ينتشر من مكان إلى آخر ، ونطلق عليه الفوتون. ويمكن أن ينقسم هذا الفوتون إلى بوزيترون وإلكترون ، وفي أحيان أخرى يمكن أن يتمايل نوع التمايل في مكانه ثم تمايل تمايل POP POP. تنبثق في بوزيترون وإلكترون ثم تصطدم ببعضها البعض أو أيا كان ، وتغلي ببطء مرة أخرى. لذا ، تمايل الثرثرة ، البوب البوب ، الفوران هو نوع من ما يحدث في الفراغ طوال الوقت ، وهذا هو الاسم الذي نطلقه على هذه الجسيمات الافتراضية ليست سوى النوع العادي من زغب الخلفية أو الخلفية الثابتة للفراغ.
فريزر:
حسنا. إذن كيف نرى أدلة على الجسيمات الافتراضية؟
بول:
نعم ، سؤال عظيم. نحن نعلم أن الفراغ له طاقة مرتبطة به. نحن نعلم أن هذه الجسيمات الافتراضية دائمًا ما تتلاشى من وإلى الوجود لعدة أسباب.
الأول هو انتقال الإلكترون في الحالات المختلفة للذرة. إذا كنت تثير الذرة ، ينبثق الإلكترون إلى حالة طاقة أعلى. لا يوجد سبب لعدم عودة هذا الإلكترون إلى حالة طاقة أقل. إنه موجود بالفعل. إنها في الواقع حالة مستقرة. لا يوجد سبب لمغادرته إلا إذا كان هناك تذبذب ضئيل في المجال الكهرومغناطيسي ويمكنه أن يضحك حول هذا الإلكترون ويخرجه من حالة الطاقة الأعلى ويرسله إلى حالة أقل
هناك شيء آخر يسمى Lamb Shift ، وهو عندما يتفاعل المجال الكهرومغناطيسي المتذبذب أو الجسيمات الافتراضية مرة أخرى مع الإلكترونات في ذرة الهيدروجين. يمكنه دفعهم برفق حولهم ، وهذا التحول يؤثر على بعض حالات الإلكترون وليس حالات أخرى. وهناك في الواقع حالات يمكن أن تقول أن لها نفس خصائص الطاقة ، فهي متطابقة نوعًا ما ، ولكن لأن لامب شيفت ، بسبب هذا المجال الكهرومغناطيسي المتذبذب يتفاعل مع إحدى تلك الحالات وليس مع الأخرى ، فإنه في الواقع يغير بمهارة مستويات الطاقة في تلك الحالات على الرغم من أنك تتوقعها أن تكون هي نفسها تمامًا.
وهناك دليل آخر في تناثر الفوتون الفوتوني عادة اثنين من الفوتونات فقط ، phweeet ، يطير كل منهما الآخر. إنها محايدة كهربائيًا ، لذلك ليس لديها سبب للتفاعل ، ولكن في بعض الأحيان يمكن للفوتونات أن تتمايل إلى أزواج الإلكترون / البوزيترون ، ويمكن أن يتفاعل زوج الإلكترون / البوزيترون مع الفوتونات الأخرى. لذا في بعض الأحيان يرتد بعضهم البعض. إنه نادر للغاية لأنه يجب عليك الانتظار حتى يحدث التمايل في الوقت المناسب ، ولكن يمكن أن يحدث.
فريزر:
فكيف تتفاعل مع الثقوب السوداء؟
بول:
حسنًا ، هذا هو لب الموضوع. ما علاقة كل هذه الجسيمات الافتراضية أو المجالات الكهرومغناطيسية المتذبذبة بالثقوب السوداء ، وتحديدًا إشعاع هوكينج؟ ولكن تحقق من ذلك. إن صياغة Hawkings الأصلية لهذه الفكرة القائلة بأن الثقوب السوداء يمكن أن تشع وتفقد الكتلة ليس لها في الواقع أي علاقة بالجسيمات الافتراضية. أو لا يتحدث مباشرة عن أزواج الجسيمات الافتراضية ، وفي الواقع لا تتحدث تركيبات أخرى أو مفاهيم أكثر حداثة لهذه العملية عن أزواج الجسيمات الافتراضية.
بدلاً من ذلك ، يتحدثون أكثر عن الحقل نفسه وتحديدًا ما الذي يحدث للحقل قبل ظهور الثقب الأسود ، وما الذي يحدث له عندما يتشكل الثقب الأسود ، ثم ما يحدث للحقل بعد تشكله. ويطرح نوعًا ما سؤالًا: ماذا يحدث لهذه القطع المتذبذبة من الحقل ، مثل النوع العابر من الطبيعة المغلية لفراغ المجال الكهرومغناطيسي؟ ماذا يحدث لها عندما يتشكل ذلك الثقب الأسود؟
حسنًا ، ما يحدث هو أن بعض القطع الصغيرة المتذبذبة تقبع بالقرب من الثقب الأسود ، بالقرب من أفق الحدث أثناء تشكيله ، ويقضون وقتًا طويلاً هناك ، وفي النهاية يهربون. لذا يستغرق الأمر بعض الوقت ، ولكن عندما يهربون بسبب الانحناء الشديد هناك ، والانحناء الشديد للزمكان ، يمكن تعزيزهم أو تعزيزهم. لذا بدلاً من كونهم متذبذبين مؤقتًا ، يتم تعزيزهم في المجال ليصبحوا جسيمات "حقيقية" أو فوتونات "حقيقية". لذا فهي حقًا مثل تفاعل تشكيل الثقب الأسود نفسه مع مجال الخلفية المتذبذب الذي يهرب في النهاية لأنه ليس محاصرًا تمامًا بالثقب الأسود.
في النهاية يهرب ويتحول إلى جزيئات حقيقية ، ويمكنك حساب مثل ما يحدث مع قول العدد المتوقع من الجسيمات بالقرب من أفق حدث الثقب الأسود. الجواب هو الرقم السالب ، مما يعني أن الثقب الأسود يفقد الكتلة ويبصق الجسيمات.
الآن هذا المفهوم الشائع لأزواج الجسيمات الافتراضية التي ظهرت إلى الوجود وتم اكتشاف واحد داخل أفق الحدث. هذا ليس مرتبطًا تمامًا برياضيات إشعاع هوكينج ولكنه ليس خاطئًا تمامًا أيضًا. تذكر أن الويبل المتذبذب في المجال الكهرومغناطيسي مرتبط بهذه الأزواج من الجسيمات والمضادة للجسيمات التي تظهر باستمرار داخل وخارج الوجود. إنهم يسيران جنباً إلى جنب. من خلال التحدث عن wibbly wobbly في المجال ، فأنت تتحدث أيضًا عن إنتاج الجسيمات الافتراضية. ولا يتعلق الأمر بالرياضيات تمامًا ، لكنك تعرف ما يكفي.
فريزر:
حسنًا ، وأخيرًا ، بول. أريدك أن تفجر عقول المشاهدين بشكل عشوائي. شيء عن الجسيمات الافتراضية المدهشة!
بول:
حسنا. هل تريد ثني عقول الناس؟ حسنا. كنت حفظ هذا لآخر. شيء غريب ، فقط لك يا فريزر.
تحقق من ذلك ، إنه دليل كبير آخر لدينا لوجود هذه التقلبات في الخلفية ووجود جسيمات افتراضية ، وهذا شيء نسميه تأثير Casimir ، أو Casimir Force.
تأخذ لوحين معدنيين محايدين ، وما يحدث هو أن هذا المجال الذي يتخلل كل الزمكان موجود داخل الألواح وهو خارج الألواح. داخل اللوحات ، يمكنك فقط الحصول على أطوال موجية معينة من الأوضاع. تقريبا مثل داخل البوق يمكن أن يكون له أوضاع معينة فقط تجعل الصوت. يجب أن تتصل نهايات الأطوال الموجية باللوحات ، لأن هذا ما تفعله الصفائح المعدنية بالمجالات الكهرومغناطيسية.
خارج الصفائح يمكنك الحصول على أي طول موجي تريده. لا يهم.
لذا فهذا يعني أنه خارج اللوحات لديك عدد لا نهائي من الأطوال الموجية المحتملة للأوضاع. يوجد كل نوع من أنواع التقلبات الممكنة ، أو التذبذب في المجال الكهرومغناطيسي ، ولكن داخل الألواح توجد أطوال موجية معينة فقط يمكن أن تتسع داخل الألواح.
الآن ، يوجد في الخارج عدد لا حصر له من الأوضاع. في الداخل ، لا يزال هناك عدد لا حصر له من الأوضاع ، فقط عدد قليل جدًا من الوسائط بلا حدود. ويمكنك أن تأخذ اللانهاية من الخارج ، وتطرح اللانهاية اللانهائية من الداخل ، وتحصل في الواقع على عدد محدود ، وما ينتهي به الأمر هو الضغط أو القوة التي تجمع الصفائح معًا. وقد قمنا بالفعل بقياس هذا. هذا شيء حقيقي ، ونعم ، أنا لا أمزح ، يمكنك أن تأخذ ما لا نهاية ناقص ما لا نهاية مختلفة ، والحصول على عدد محدود. انه ممكن. أحد الأمثلة على ذلك هو أويلر ماسكيروني كونستانت. أتحداك أن تبحث عنه!
ها أنت ذا ، آمل الآن أن تفهم ما هي هذه الجسيمات الافتراضية ، وكيف يتم اكتشافها ، وكيف تساهم في تبخر الثقب الأسود.
وإذا لم تكن قد فعلت ذلك بالفعل ، فتأكد من النقر هنا والانتقال إلى قناته. ستجد العشرات من مقاطع الفيديو التي تجيب على الأسئلة التي تثير الذهن على حد سواء. في الواقع ، أرسل أسئلتك وقد يقوم فقط بعمل فيديو والإجابة عليها.
بودكاست (صوتي): تنزيل (المدة: 12:26 - 4.8 ميجابايت)
اشترك: ابل بودكاست | أندرويد | RSS
بودكاست (فيديو): تنزيل (المدة: 12:29 - 205.6 ميجابايت)
اشترك: ابل بودكاست | أندرويد | RSS
