Защо виртуалните частици не съществуват, но обясняват реалността - засега

Ваня Милева Последна промяна на 15 май 2023 в 07:15 13235 0

Абстракция на виртуални частици

Кредит Vidsplay (CC0 1.0)

Абстракция на виртуални частици.

Така наречените виртуални частици изобщо не са частици. Някои твърдят, че те са просто математически фикции и че трябва да намерим по-добър начин за разбиране на взаимодействията между частиците.

Първо трябва да знаете, че виртуалните частици, без които е невъзможно да се обясни как фундаменталните сили на природата оживяват материята, всъщност изобщо не са частици.

"Езикът пречи на хората да ги разберат правилно", обяснява Мат Страслер (Matt Strassler), физик-теоретик от Харвардския университет. Втората причина е, че те може да не са истински физически съставки на Вселената.

Нека започнем с някои основни неща. Според квантовата теория, най-доброто описание на субатомния свят, частиците не са безкрайно малки топки, каквито сме склонни да си представяме, а възбуждания в квантовите полета. Например Хигс бозонът е смущение в полето на Хигс, а електроните са смущения в електромагнитното поле.

Тези полета пронизват цялата Вселена, но не можем да ги наблюдаваме пряко. Това, което виждаме, са частиците - ясни смущения в полето, които се запазват във времето и взаимодействат с други, подобни смущения, за да създадат още частици.

Квантовата теория на полетоРазпадът на частици квантовата теория на полето. Изобразенаната издутината в зеленото поле е възбудена частица каон, а двете издатини в синьото поле са възбудените пиони. Веднага след прехода каон → два пиона, двата пиона са на едно и също място по едно и също време, но бързо се разделят, защото един квант каон има повече маса и енергия, отколкото два кванта пиони, така че движението на пионите допълна разликата. Имайте предвид, че полетата не са двумерни, а изпълват цялото пространство. Илюстрация: coffeeshop physics, преведе и преработи: bgchaos

Виртуалните частици са по-фини. Толкова фини, че въпреки че могат да се разглеждат като смущения в основните полета, те не се запазват за дълго - и не могат да бъдат открити директно.

Тук нещата се объркват, защото виртуалните частици изглежда влияят върху свойствата и поведението на други частици по измерим начин. Изглежда, че те се излъчват и поглъщат от реалните частици, когато тези частици си взаимодействат, поради което разчитаме на виртуалните частици, за да разберем как работят три от известните фундаментални сили - електромагнетизмът и силните и слабите ядрени сили.

Друго често срещано погрешно схващане е, че виртуалните частици се появяват от нищото.

"Обичайната история, която се разказва, е, че виртуалната частица е нещо, което се появява от вакуума и се радва на кратко, ефимерно съществуване, преди да изчезне отново", разказва Дейвид Тонг (David Tong) от Университета в Кеймбридж. "Въпреки че понякога това е полезна аналогия, не мисля, че тя отразява това, което наистина се случва."

Това е така, защото нищо не се създава от нищо.

"Винаги има енергия по един или друг начин", обяснява Кристин Ейдала (Christine Aidala) от Мичиганския университет. Според нея по-добрият начин да си представим това, е да се върнем към идеята, че всичко е изградено от полета - и да си припомним, че тези полета взаимодействат помежду си по сложен начин, създавайки вълни, които постоянно се променят.

Въпросът дали виртуалните частици са реални или са просто математически инструмент, възниква, защото те са били измислени - или открити, в зависимост от гледната точка - когато физикът Ричард Файнман създава диаграми, за да направи по-лесно разбираеми уравненията, които физиците използват, за да опишат взаимодействията между частиците.

Схема на диаграма на Файнман: външни линии (червени), върхове (черни) и виртуални частици (сини). Кредит: Wikimedia Commons

Можем ли да наблюдаваме виртуални частици?

Днес някои твърдят, че виртуалните частици са реални, защото можем да наблюдаваме ефектите от тях. Но „това означава само, че мога да открия физически ефект, който може да бъде изчислен с помощта на метод, използващ виртуалните частици“, посочва Страслер. „Никога всъщност виртуалните частици не се виждат.“

Но не трябва да бъркаме математиката, която използваме, за да опишем реалността, със самата реалност, отбелязва Нима Аркани-Хамед (Nima Arkani-Hamed) от Института за напреднали изследвания в Ню Джърси, макар диаграмите на Файнман да са засега най-добрият метод, с който разполагаме, за да отчетем взаимодействията на частиците

Всъщност Аркани-Хамед е сред тези, които се опитват да премахнат виртуалните частици. Той работи върху радикално нов начин за изчисляване на взаимодействията на частиците – чрез абстрактен математически обект, наречен амплитуедър. Тогава може би един ден тези ефимерни, безкрайно объркващи „частици“ ще изчезнат веднъж завинаги.

Източник: Why virtual particles don’t exist but do explain reality – for now, New Scientist

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !