Kadang-kadang saya menemukan titik lemah dalam artikel saya berdasarkan email dan komentar yang mereka terima.
Satu artikel populer yang kami lakukan adalah semua tentang kesadaran Stephen Hawking bahwa lubang hitam harus menguap selama periode waktu yang luas. Kami berbicara tentang mekanismenya, dan menyebutkan bagaimana ada partikel-partikel virtual yang muncul dan hilang.
Biasanya partikel-partikel ini memusnahkan diri sendiri, tetapi di tepi cakrawala lubang hitam, satu partikel jatuh, sementara yang lain bebas berkeliaran di kosmos. Karena Anda tidak dapat membuat partikel dari ketiadaan, lubang hitam perlu mengorbankan sedikit dari dirinya sendiri untuk membeli kebebasan partikel yang baru terbentuk ini.
Tetapi artikel pendek saya tidak cukup untuk menjelaskan dengan tepat apa itu partikel virtual. Jelas, Anda semua menginginkan informasi lebih lanjut. Apakah mereka? Bagaimana mereka dideteksi? Apa artinya ini bagi lubang hitam?
Dalam situasi seperti ini, ketika saya tahu Polisi Fisika yang sebenarnya sedang menonton, saya suka menelepon dengan nada dering. Sekali lagi, saya akan kembali dan berbicara dengan teman baik saya, dan astrofisika yang bekerja, Dr. Paul Matt Sutter. Dia telah menulis makalah tentang mata pelajaran seperti Bayesian Analysis of Cosmic Dawn dan MHD Simulasi Magnetic Outflow. Dia benar-benar tahu barang-barangnya.
Kain Fraser:
Hai Paul, pertanyaan pertama: Apa itu partikel virtual?
Paul Matt Sutter:
Baik. Tidak ada tekanan, Fraser. Oke oke.
Untuk mendapatkan konsep partikel virtual Anda sebenarnya harus mengambil langkah mundur dan berpikir tentang medan, khususnya medan elektromagnetik. Dalam pandangan kami saat ini tentang bagaimana alam semesta bekerja, semua ruang dan waktu dipenuhi dengan bidang latar belakang semacam ini. Dan bidang ini dapat bergoyang-goyang, dan kadang-kadang goyangan dan goyangan ini seperti gelombang yang merambat ke depan, dan kita menyebut gelombang ini foton atau radiasi elektromagnetik, tetapi kadang-kadang bisa hanya duduk di sana dan Anda tahu bloop bloop bloop, hanya Anda tahu pop mendesis keluar-masuk, atau naik-turun, dan agak mendidih sendiri.
Bahkan semua ruang waktu adalah jenis wibbling / wabbling di bidang ini bahkan dalam ruang hampa. Vakum bukanlah ketiadaan segalanya. Ruang hampa adalah tempat medan ini berada dalam kondisi energi terendah. Tetapi meskipun dalam kondisi energi terendah, meskipun mungkin rata-rata tidak ada apa-apa di sana. Tidak ada yang menghentikannya hanya dari bloop bloop yang Anda tahu bergelembung di sekitar.
Jadi sebenarnya ruang hampa adalah semacam mendidih dengan bidang-bidang ini. Khususnya medan elektromagnetik yang sedang kita bicarakan saat ini.
Dan kita tahu bahwa foton, cahaya itu, dapat berubah menjadi partikel, pasangan anti-partikel. Itu bisa berubah menjadi katakanlah elektron dan positron. Itu bisa dilakukan. Hal ini dapat terjadi pada foton normal, dan dapat terjadi pada foton goyah sementara semacam ini.
Jadi terkadang foton atau terkadang medan elektromagnetik dapat merambat dari satu tempat ke tempat lain, dan kami menyebutnya foton. Dan foton itu dapat terpecah menjadi positron dan elektron, dan di lain waktu foton itu hanya bisa bergoyang-goyang seperti di tempat dan kemudian menggoyang-goyangkan POP POP. Itu muncul menjadi positron dan elektron dan kemudian mereka menabrak satu sama lain atau apa pun, dan mereka hanya dididihkan kembali. Jadi, wibble goyangan, pop pop, fizz fizz adalah semacam apa yang terjadi di ruang hampa sepanjang waktu, dan itulah nama yang kami berikan pada partikel-partikel virtual ini hanyalah jenis latar belakang fuzz normal atau latar belakang statis pada ruang hampa udara.
Fraser:
Baik. Jadi bagaimana kita melihat bukti partikel virtual?
Paul:
Ya, pertanyaan bagus. Kita tahu bahwa ruang hampa memiliki energi yang terkait dengannya. Kita tahu bahwa partikel-partikel virtual ini selalu mendesis keluar-masuk karena beberapa alasan.
Salah satunya adalah transisi elektron di berbagai keadaan atom. Jika Anda mengeluarkan atom, elektron akan muncul ke tingkat energi yang lebih tinggi. Tidak ada alasan bagi elektron tersebut untuk kembali ke tingkat energi yang lebih rendah. Sudah ada di sana. Ini sebenarnya adalah kondisi yang stabil. Tidak ada alasan untuk itu pergi kecuali ada sedikit goyangan goyang di bidang elektromagnetik dan itu bisa terkikik di sekitar elektron itu dan menjatuhkannya dari keadaan energi yang lebih tinggi dan mengirimnya jatuh ke keadaan yang lebih rendah
Hal lain disebut Lamb Shift, dan ini adalah ketika medan elektromagnetik yang goyah atau partikel virtual berinteraksi lagi dengan elektron di katakanlah atom hidrogen. Dengan lembut dapat mendorong mereka di sekitar, dan perubahan ini mempengaruhi beberapa keadaan elektron dan bukan keadaan lainnya. Dan sebenarnya ada keadaan yang Anda katakan memiliki sifat energi yang persis sama, mereka hanya identik, tetapi karena Pergeseran Domba, karena medan elektromagnetik yang goyah dan goyah ini berinteraksi dengan salah satu kondisi tersebut dan bukan yang lain, sebenarnya secara halus mengubah tingkat energi negara-negara tersebut meskipun Anda mengharapkannya sama.
Dan bukti lain ada di foton foton yang bertabur biasanya dua foton saja, phweeet, saling terbang. Mereka netral secara listrik, sehingga mereka tidak memiliki alasan untuk berinteraksi, tetapi kadang-kadang foton dapat bergoyang-goyang menjadi pasangan elektron / positron, dan pasangan elektron / positron dapat berinteraksi dengan foton lainnya. Jadi terkadang mereka saling memantul. Ini sangat langka karena Anda harus menunggu goyangan goyangan terjadi pada waktu yang tepat, tetapi itu bisa terjadi.
Fraser:
Jadi bagaimana mereka berinteraksi dengan lubang hitam?
Paul:
Baiklah, inilah inti masalahnya. Apa hubungan semua partikel virtual atau medan elektromagnetik yang goyah dengan lubang hitam, dan khususnya radiasi Hawking? Tapi lihat ini. Rumusan asli Hawkings dari gagasan ini bahwa lubang hitam dapat memancarkan dan kehilangan massa sebenarnya tidak ada hubungannya dengan partikel virtual. Atau itu tidak berbicara langsung tentang pasangan partikel virtual, dan pada kenyataannya tidak ada formulasi lain atau konsepsi yang lebih modern dari proses ini berbicara tentang pasangan partikel virtual.
Sebagai gantinya, mereka berbicara lebih banyak tentang lapangan itu sendiri dan secara khusus apa yang terjadi pada lapangan sebelum black hole ada di sana, apa yang terjadi padanya ketika black hole terbentuk, dan kemudian apa yang terjadi pada lapangan setelah terbentuk. Dan itu semacam mengajukan pertanyaan: Apa yang terjadi pada bagian-bagian medan yang goyah dan goyah ini, seperti semacam sifat mendidih sementara dari kekosongan medan elektromagnetik? Apa yang terjadi padanya saat lubang hitam itu terbentuk?
Yah apa yang terjadi adalah bahwa beberapa bit goyah wibbly hanya terjebak di dekat lubang hitam, di dekat horizon peristiwa ketika terbentuk, dan mereka menghabiskan waktu lama di sana, dan akhirnya mereka melarikan diri. Jadi itu butuh waktu, tetapi ketika mereka melarikan diri karena kelengkungan yang intens di sana, kelengkungan ruang-waktu yang intens, mereka dapat didorong atau dipromosikan. Jadi alih-alih menjadi goyah sementara, di lapangan mereka didorong untuk menjadi partikel "nyata" atau foton "nyata". Jadi itu benar-benar seperti interaksi pembentukan lubang hitam itu sendiri dengan bidang latar belakang goyah, yang akhirnya lolos karena tidak cukup terperangkap oleh lubang hitam.
Akhirnya ia lolos dan berubah menjadi partikel nyata, dan Anda dapat menghitung seperti apa yang terjadi dengan mengatakan jumlah partikel yang diharapkan di dekat horizon peristiwa lubang hitam. Jawabannya adalah angka negatif, yang berarti lubang hitam kehilangan massa dan meludahkan partikel.
Sekarang konsepsi populer tentang pasangan partikel virtual ini muncul dan ada yang terperangkap di cakrawala peristiwa. Itu tidak benar-benar terikat dengan matematika radiasi Hawking tetapi juga tidak salah. Ingat goyah di bidang elektromagnetik terkait dengan pasangan partikel dan anti-partikel yang terus-menerus muncul dan keluar dari keberadaan. Mereka agak berjalan beriringan. Jadi dengan berbicara tentang goyangan goyah di lapangan, Anda juga berbicara tentang produksi partikel virtual. Dan ini bukan matematika, tetapi Anda tahu cukup dekat.
Fraser:
Oke, dan akhirnya, Paul. Saya ingin Anda menghancurkan pikiran para penonton secara acak. Sesuatu tentang partikel virtual yang luar biasa!
Paul:
Baik. Jadi Anda ingin membengkokkan pikiran orang? Baiklah. Saya menyimpan ini untuk yang terakhir. Sesuatu yang berair, hanya untukmu, Fraser.
Lihat ini, ini adalah salah satu bukti besar yang kami miliki tentang keberadaan fluktuasi latar belakang ini dan keberadaan partikel virtual, dan itu adalah sesuatu yang kita sebut Efek Casimir, atau Kekuatan Casimir.
Anda mengambil dua pelat logam netral, dan apa yang terjadi adalah bidang ini yang menembus semua ruang-waktu berada di dalam piring dan itu di luar piring. Di dalam pelat, Anda hanya dapat memiliki mode panjang gelombang tertentu. Hampir seperti bagian dalam terompet hanya dapat memiliki mode tertentu yang menghasilkan suara. Ujung panjang gelombang harus terhubung ke pelat, karena itulah yang dilakukan pelat logam terhadap medan elektromagnetik.
Di luar piring Anda dapat memiliki panjang gelombang yang Anda inginkan. Itu tidak masalah.
Jadi itu berarti di luar pelat Anda memiliki jumlah panjang gelombang mode yang tak terbatas. Setiap jenis kemungkinan fluktuasi, goyangan goyangan di medan elektromagnetik ada di sana, tetapi di dalam lempeng itu hanya panjang gelombang tertentu yang bisa masuk ke dalam lempeng.
Sekarang, di luar ada sejumlah mode yang tak terbatas. Di dalam, masih ada sejumlah mode tak terbatas, hanya sedikit lebih sedikit jumlah mode tak terbatas. Dan Anda dapat mengambil tak terhingga di bagian luar, dan mengurangi tak terhingga tak terhingga di dalam, dan benar-benar mendapatkan angka yang terbatas, dan yang akhirnya Anda dapatkan adalah tekanan atau kekuatan yang menyatukan lempeng. Dan kami sebenarnya mengukur ini. Ini adalah hal yang nyata, dan ya, saya tidak bercanda, Anda dapat mengambil infinity minus infinity yang berbeda, dan mendapatkan angka yang terbatas. Itu mungkin. Salah satu contoh adalah Konstan Euler Mascheroni. Saya berani Anda mencarinya!
Jadi begitulah, sekarang saya harap Anda mengerti apa partikel-partikel virtual ini, bagaimana mereka mendeteksi, dan bagaimana mereka berkontribusi pada penguapan lubang hitam.
Dan jika Anda belum melakukannya, pastikan Anda mengklik di sini dan pergi ke salurannya. Anda akan menemukan lusinan video yang menjawab pertanyaan yang sama-sama menggembirakan. Bahkan, kirimkan pertanyaan Anda dan dia mungkin hanya membuat video dan menjawabnya.
Podcast (audio): Unduh (Durasi: 12:26 - 4.8MB)
Berlangganan: Apple Podcast | Android | RSS
Podcast (video): Unduh (Durasi: 12:29 - 205.6MB)
Berlangganan: Apple Podcast | Android | RSS
