Existuje gravitace ve vakuu?

Vaše intuice je dobrá , ale mísíte některé kvantové a klasické jevy.

V klasické (tj. nekvantové) fyzice je vakuum oblastí vesmíru bez ohledu na to. Ve vakuu můžete mít elektromagnetická pole, pokud jsou náboje vytvářející pole v jiné oblasti. Ze stejného důvodu můžete mít gravitační pole ve vakuu generovaná hmotami někde jinde ve vesmíru. V tomto klasickém popisu vesmíru neexistují takové věci jako fotony nebo gravitony a všechno (z větší části) funguje.

V kvantové fyzice není příběh tak snadný. Jak říkáte, nyní jsou naše silová pole také částice (fotony a graviton), takže možná „kvantové vakuum“ by je nemělo zahrnovat? Bohužel se ukázalo, že v kvantové mechanice (jak zdůraznil Rob) je nemožné mít dokonalé vakuum, stav, který neobsahuje vůbec žádné částice. Jedním ze způsobů, jak to vidět, je princip neurčitosti energie a času: $ \ Delta E \ \ Delta t > \ hbar / 2 $.

Dokonalé vakuum, stav bez jakýchkoli částic, musí mít přesně nulovou energii. Pokud je energie přesně nula, pak je zcela jisté, a $ \ Delta E = 0 $, což porušuje princip nejistoty. Kvantové vakuum tedy není stav s nulovými částicemi, je to stav s pravděpodobně nulovými částicemi.A v různých situacích může být užitečné změnit vaši definici „pravděpodobně“, takže existuje mnoho různých věcí, které fyzici v kvantové mechanice budou nazývat „vakuem“.

Tato myšlenka, že kvantová mechanika zde existuje jsou vždy nějaké částice kolem v jakékoli oblasti vesmíru, má některé skvělé důsledky, které jsme ověřili v laboratoři! Jedním z nich je Casimirův efekt . Toto je síla který se projeví, když pohybujete dvěma objekty ve vakuu tak blízko sebe, že tlak z těchto „virtuálních“ fotonů je přitahuje. Další je částice, kterou objevili na LHC, Higgs Boson . Higgsovo pole má „hodnotu očekávaného vakua“, dokonalé kvantové vakuum bude mít v sobě nenulové Higgsovo pole. Excitací tohoto pole jsou Higgsovy částice nalezené na LHC!

Komentáře

• Zde jsou některé skvělé odpovědi, děkuji všem. Nyní chápu, že vakuum může být relativní v závislosti na v kontextu a nemusí být absolutní věcí nicoty. Omlouvám se za nedostatek hlasů, protože mi chybí zástupce.
• Mnoho nápadů v této odpovědi je užitečných, ale mnoho z nich není ‚ zcela správných . Zaprvé, princip neurčitosti časové a energetické je často kluzká věc, kterou je třeba správně určit, a nelze jej ‚ použít k vyvození závěrů: vakuum je vlastně vlastní zdroj energie definice, tak to má přesnou energii (ačkoli ne přesný počet částic v interakční teorii). [Kromě: tím nechci říci nic o obvyklých jemnostech hamiltoniánu v kvantové gravitaci …] Také Higgsovy věci zaměňují pole (s nenulovou hodnotou VEV) s částicemi (kolísání od této hodnoty).
• @Holographer, nemohl jsem ‚ souhlasit více. Mířil jsem po intuitivnější odpovědi než přesnější, ale měl jsem dávat větší pozor. Aktualizoval jsem diskusi Higg ‚, máte nějaké návrhy na vyjasnění nebo nahrazení argumentu nejistoty energetické doby?

Graviton je hypotetický boson měřidla spojený s gravitačním polem. Říkám hypotetické , protože zdaleka není jasné, zda lze gravitaci popsat kvantovou teorií pole, takže není jasné, zda jsou gravitony užitečným popisem.

V každém případě , neměli byste brát pojem virtuální částice, jako je graviton, příliš vážně. podívejte se na článek Matt Strassler o virtuálních částicích . Virtuální částice jsou ve skutečnosti jen matematickým zařízením pro popis energie v kvantových polích. Takže i když je graviton dobrým popisem gravitace, neměli bychom vakuum považovat za plné gravitonů, a tedy nikoli za vakuum.

Předpokládejme například, že vložíme nabitou částici do vakua. Tvrdili byste, že vakuum není vakuum, protože je v něm elektrické pole? Pokud ano, pak byste také museli říct, že vakuum v blízkosti masivního těla není vakuum, protože je v něm gravitační pole. I když předpokládám, že toto tvrzení má určitou platnost, zdá se být nadměrně horlivým.

Komentáře

• “ tvrdili byste, že vakuum není vakuum, protože je v něm elektrické pole? “ Ne … tvrdil bych to ‚ není vakuum, protože jste do něj vložili nabitou částici.
• @PaddlingGhost: ale pole vytvořené nabitým tělem zasahuje do vakua, které jej obklopuje.

Jednoduše zaměňujete vakuum s „nicotou“, což je filozofický koncept. Definici můžete zkontrolovat na wiki

Vakuum je prostor bez hmoty . Slovo pochází z latinského přídavného jména vakuus pro „prázdný“ nebo „prázdný“. Aproximací takového vakua je oblast s plynným tlakem mnohem menším než atmosférický tlak. [1] Fyzici často diskutují o ideálních výsledcích testů, ke kterým by došlo v dokonalém vakuu, kterému někdy jednoduše říkají „vakuum“ nebo volný prostor, a termín částečné vakuum používají k označení skutečného nedokonalého vakua, jaké by člověk mohl mít v laboratoři nebo ve vesmíru.

Existují různé teorie, které se pokoušejí vysvětlit gravitaci (zakřivení časoprostoru, graviton atd.), ale podle žádné z těchto gravitací nebo gravitonů nelze uvažovat matter

Komentáře

• Mohli byste tuto odpověď upravit tak, aby skutečně odpovídala na otázku? Tady jste vůbec ‚ nemluvili o gravitaci.

V kvantové mechanice je nemožné odstranit všechny částice z vakua.Objem časoprostoru, který obsahuje (nebo ne) pouze fotony a gravitony v tepelné rovnováze, mi připadá jako naprosto dobré vakuum.

Dokonalé vakuum nikdy neexistuje, jak je uvedeno v několika dalších komentářích. Všechny „poselské částice“ jsou fluktuace příslušných polí (např. Graviton místo v gravitačním poli, které má nenulovou energetickou hodnotu). Všechna pole podléhají kvantovým výkyvům, v zásadě mají zřídka žádnou energii v jednom bodě, ale fluktuace jsou v průměru nulové (to je u většiny polí, jiné, jako je navrhované Higgsovo pole, pravděpodobně mají nezáporné energetické hodnoty na své nejnižší hodnotě energetický stav). Vzhledem k tomu, že graviton lze také popsat jako vlnovou funkci (podobně jako světlo; teoreticky existuje něco jako gravitační vlny, které deformují časoprostor). Toto a výše zmíněný bod jsou určitým důkazem, proč neexistuje něco jako dokonalé vakuum. To, co může situaci trochu komplikovat, je teorie strun, která předpovídá graviton jako řetězec s uzavřeným koncem, což naznačuje jeho schopnost interakce s více než naší tří prostorovou a jednou časovou dimenzí. (Všechny informace shrnuté z Fabric of the Cosmos

věřím, že součástí problému není jasná definice „vakua“.
Napadají mě alespoň tři typy vakua. 1) absolutní 2) konvenční & 3)“ praktické „vakuum. Praktické vakuum je typ, který najdete v“ laboratoři „. Konvenční vakuum je definováno jako“ absence hmoty. “Absolutní vakuum neexistuje, kromě„ teoreticky. “
Použitím praktických a konvenčních definic vakua je odpověď na otázku ano u těchto typů vakua existuje gravitace. Pro absolutní definici je odpověď no , protože nic neexistuje (ani pole, fotony, fluktuace, graviton atd.).

Ano, gravitace ve vakuu existuje. Vakuum nemusí být zcela zbaveno hmoty, musí mít pouze nižší tlak než oblast kolem něj.

Vezměte v úvahu výše uvedenou stříkačku. Pokud bych měl dát prst přes konec a potom zatáhnout za píst, vzniklo by nedokonalé vakuum. Pokud by v dutině stříkačky byla pevná hmota, stále by se řídila gravitací.