La gravità esiste nel vuoto?

La tua intuizione è buona , ma stai mescolando alcuni fenomeni classici e quantistici.

Nella fisica classica (cioè non quantistica), un vuoto è una regione dello spazio senza materia. Puoi avere campi elettromagnetici nel vuoto, fintanto che le cariche che creano i campi si trovano in una regione diversa. Allo stesso modo puoi avere campi gravitazionali nel vuoto, generati da masse da qualche altra parte nello spazio. In questa descrizione classica delluniverso, non ci sono cose come i fotoni o gravitoni, e tutto (per la maggior parte) funziona.

Nella fisica quantistica, la storia non è così facile. Come dici tu, ora anche i nostri campi di forza sono particelle (fotoni e gravitoni), quindi forse a Neanche il “vuoto quantistico” dovrebbe includerli? Sfortunatamente, si scopre che nella meccanica quantistica (come ha sottolineato Rob) è impossibile avere un vuoto perfetto, uno stato senza particelle al suo interno. Un modo per vedere questo è attraverso il principio di incertezza energia-tempo: $ \ Delta E \ \ Delta t > \ hbar / 2 $.

Un vuoto perfetto, uno stato senza particelle, deve avere energia esattamente zero. Se lenergia è esattamente zero, allora è completamente certa e $ \ Delta E = 0 $ che viola il principio di indeterminazione. Quindi il vuoto quantistico non è uno stato con zero particelle, è uno stato con probabilmente zero particelle.E in diverse situazioni potresti trovare utile modificare la tua definizione di “probabilmente”, quindi ci sono molte cose diverse che i fisici chiameranno “vuoto” nella meccanica quantistica.

Questa idea, che meccanicamente quantistica lì sono sempre delle particelle in giro in qualsiasi regione dello spazio, ha alcune conseguenze interessanti che abbiamo verificato in laboratorio! Uno è l effetto Casimir . Questa è una forza che si manifesta quando muovi due oggetti nel vuoto così vicini tra loro che la pressione di questi fotoni “virtuali” li fa attrarre. Unaltra è la particella che hanno scoperto allLHC, la Bosone di Higgs . Il campo di Higgs ha un “valore di aspettativa di vuoto”, un vuoto quantistico perfetto avrà un campo di Higgs diverso da zero in tutto esso. Le eccitazioni di questo campo sono le particelle di Higgs trovate allLHC!

Commenti

• Alcune ottime risposte qui, grazie a tutti. Capisco ora che il vuoto può essere relativo a seconda sul contesto e non deve essere una cosa assoluta del nulla. Mi scuso per la mancanza di voti positivi perché mi manca il rappresentante.
• Molte delle idee in questa risposta sono utili, ma molte di esse non sono ‘ hanno ragione . In primo luogo, il principio di incertezza tempo-energia è spesso una cosa sfuggente da definire correttamente e non può ‘ essere applicato per trarre le conclusioni qui: in effetti, il vuoto è unautostata energetica di definizione, quindi ha unenergia esatta (sebbene non un numero di particelle esatto in una teoria interagente). [A parte: questo non vuol dire nulla delle solite sottigliezze dellhamiltoniano nella gravità quantistica …] Inoltre, la roba di Higgs confonde il campo (con un VEV diverso da zero) con la particella (fluttuazioni lontano da questo valore).
• @Holographer, non potrei ‘ essere più daccordo. Miravo a una risposta più intuitiva che rigorosa, ma avrei dovuto fare più attenzione. Ho aggiornato la discussione di Higg ‘, hai qualche suggerimento per chiarire o sostituire largomento dellincertezza energia-tempo?

Il gravitone è lipotetico bosone di gauge associato al campo gravitazionale. Dico ipotetico perché è tuttaltro che chiaro se la gravità possa essere descritta da una teoria quantistica dei campi, quindi non è chiaro se i gravitoni siano una descrizione utile.

In ogni caso , non dovresti prendere troppo sul serio il concetto di particelle virtuali come il gravitone. Dai unocchiata all articolo di Matt Strassler sulle particelle virtuali . Le parti virtuali sono in realtà solo un dispositivo matematico per descrivere lenergia nei campi quantistici. Quindi, anche se il gravitone è una buona descrizione della gravità, non dovremmo vedere il vuoto come pieno di gravitoni e quindi non proprio un vuoto.

Per esempio, supponiamo di mettere una particella carica nel vuoto. Affermeresti che il vuoto non è un vuoto perché contiene un campo elettrico? Se è così allora dovresti anche dire che il vuoto vicino a un corpo massiccio non è “un vuoto perché in esso cè un campo gravitazionale. Anche se suppongo che ci sia una qualche validità in questa affermazione, sembra eccessivamente zelante.

Commenti

• ” diresti che il vuoto non è un vuoto perché contiene un campo elettrico? ” No … lo rivendicherei ‘ non è un vuoto perché ci metti dentro una particella carica.
• @PaddlingGhost: ma il campo creato da un corpo carico si estende nel vuoto che lo circonda.

Stai semplicemente confondendo vuoto con “nulla”, che è un concetto filosofico. Puoi controllare la definizione su wiki

Il vuoto è lo spazio privo di materia . La parola deriva dallaggettivo latino vacuus per “vacante” o “vuoto”. Unapprossimazione di tale vuoto è una regione con una pressione gassosa molto inferiore alla pressione atmosferica. [1] I fisici spesso discutono i risultati dei test ideali che si verificherebbero in un vuoto perfetto, che a volte chiamano semplicemente “vuoto” o spazio libero, e usano il termine vuoto parziale per riferirsi a un vuoto imperfetto reale come si potrebbe avere in un laboratorio o nello spazio.

Ci sono diverse teorie che tentano di spiegare la gravità (curvatura dello spazio-tempo, gravitone, ecc.) ma secondo nessuna di questa gravità o gravitoni può essere considerata matter

Commenti

• Potresti adattare questa risposta per rispondere effettivamente alla domanda? Non hai ‘ parlato di gravità qui.

Nella meccanica quantistica, è impossibile rimuovere tutte le particelle dal vuoto.Un volume di spazio-tempo che contiene solo fotoni e gravitoni in equilibrio termico (o meno) mi suona come un vuoto perfettamente buono.

Un vuoto perfetto non esiste mai come menzionato in molti altri commenti. Tutte le “particelle messaggere” sono fluttuazioni dei rispettivi campi (ad esempio il gravitone un luogo nel campo gravitazionale che ha un valore di energia diverso da zero). Tutti i campi sono soggetti a fluttuazioni quantistiche, in sostanza, raramente non hanno energia in un punto ma la media delle fluttuazioni è zero (cioè per la maggior parte dei campi, altri come il campo di Higgs proposto possono avere valori di energia non trascurabili al loro minimo stato energetico). Poiché il gravitone può anche essere descritto come una funzione donda (molto simile alla luce; teoricamente esiste una cosa come le onde gravitazionali che deformano lo spazio-tempo). Questo e il punto esposto in precedenza sono una prova del perché non esiste un vuoto perfetto. Ciò che può rendere la situazione un po più complicata è la teoria delle stringhe che prevede che il gravitone sia una stringa chiusa suggerendo la sua capacità di interagire con più delle nostre tre dimensioni spaziali e una dimensione temporale. (Tutte le informazioni riassunte dalla Fabric of the Cosmos

di Brian Greene, credo che parte del problema è non avere una definizione chiara di “vuoto”.
Posso pensare ad almeno tre tipi di vuoto. 1) assoluto 2) convenzionale & 3)” pratico “aspirapolvere. Il vuoto pratico è il tipo che trovi in un” laboratorio “. Il vuoto convenzionale è quello definito come” assenza di materia. “Il vuoto assoluto non esiste, se non” teoricamente “.
Utilizzando le definizioni pratiche e convenzionali del vuoto, la risposta alla domanda è sì , la gravità esiste in questi tipi di vuoto. Per la definizione assoluta, la risposta è no , perché non esiste nulla (nemmeno campi, fotoni, fluttuazioni, gravitoni, ecc.).

Sì, la gravità esiste nel vuoto. Un aspirapolvere non deve essere completamente privo di materia, deve solo avere una pressione inferiore rispetto allarea circostante.

Considera la siringa sopra. Se dovessi mettere il dito sullestremità e poi tirare lo stantuffo, si creerebbe un vuoto imperfetto. Se ci fosse una massa solida nella cavità della siringa, obbedirebbe comunque alla gravità.