Bestaat zwaartekracht in een vacuüm?

Je intuïtie is goed , maar je “mixt een aantal kwantumverschijnselen en klassieke verschijnselen.

In de klassieke (dwz niet-kwantum) fysica is een vacuüm een gebied in de ruimte zonder materie. Je kunt elektromagnetische velden hebben in een vacuüm, zolang de ladingen die de velden creëren zich in een ander gebied bevinden. Op dezelfde manier kun je zwaartekrachtvelden in een vacuüm hebben, gegenereerd door massas ergens anders in de ruimte. In deze klassieke beschrijving van het universum bestaan er niet zoiets als fotonen of gravitonen, en alles komt (voor het grootste deel) goed.

In de kwantumfysica is het verhaal niet zo eenvoudig. Zoals je zegt, zijn onze krachtvelden nu ook deeltjes (fotonen en gravitonen), dus misschien een “kwantumvacuüm” zouden ze ook niet moeten omvatten? Helaas blijkt dat het in de kwantummechanica (zoals Rob opmerkte) onmogelijk is om een perfect vacuüm te hebben, een toestand waarin er helemaal geen deeltjes in zitten. Een manier om dit te zien is via het energie-tijdonzekerheidsprincipe: $ \ Delta E \ \ Delta t > \ hbar / 2 $.

Een perfect vacuüm, een toestand zonder deeltjes, moet exact nul energie hebben. Als de energie exact nul is, dan is het volkomen zeker, en $ \ Delta E = 0 $ wat in strijd is met het onzekerheidsprincipe. Het kwantumvacuüm is dus geen toestand met nul deeltjes, het is een toestand met waarschijnlijk nul deeltjes.En in verschillende situaties kan het handig zijn om je definitie van waarschijnlijk te wijzigen, dus er zijn veel verschillende dingen die natuurkundigen een vacuüm in de kwantummechanica zullen noemen.

Dit idee, dat kwantummechanisch gezien zijn altijd enkele deeltjes in een gebied van de ruimte, heeft een aantal coole gevolgen die we “hebben geverifieerd in het laboratorium! Een daarvan is het Casimir-effect . Dit is een kracht dat verschijnt wanneer je twee objecten in een vacuüm zo dicht bij elkaar verplaatst dat de druk van deze virtuele fotonen ervoor zorgt dat ze worden aangetrokken. Een ander is het deeltje dat ze hebben ontdekt bij de LHC, het Higgs Boson . Het Higgs-veld heeft een “vacuüm verwachtingswaarde”, een perfect kwantumvacuüm zal een Higgs-veld hebben dat niet nul is. Excitaties van dit veld zijn de Higgs-deeltjes die bij de LHC worden gevonden!

Reacties

• Hier een aantal geweldige antwoorden, iedereen bedankt. Ik begrijp nu dat vacuüm relatief kan zijn, afhankelijk van op de context en hoeft niet absoluut niets te zijn. Excuses voor het gebrek aan stemmen omdat ik de vertegenwoordiger niet heb.
• Veel van de ideeën in dit antwoord zijn nuttig, maar veel ervan zijn ‘ niet helemaal juist . Ten eerste is het tijd-energie-onzekerheidsprincipe vaak een glad ding om goed vast te pinnen, en kan ‘ niet worden toegepast om hier de conclusies te trekken: inderdaad, het vacuüm is een energie-eigentoestand door definitie, dus heeft een exacte energie (hoewel niet een exact deeltjesaantal in een interactieve theorie). [Terzijde: dit wil nog niets zeggen over de gebruikelijke subtiliteiten van de Hamiltoniaan in kwantumzwaartekracht …] Ook verwart het Higgs-spul het veld (met een niet-nul VEV) met het deeltje (fluctueert weg van deze waarde).
• @Holographer, ik kon ‘ niet meer akkoord gaan. Ik mikte op een meer intuïtief antwoord dan op rigoureus, maar had beter moeten opletten. Ik heb de discussie van Higg ‘ bijgewerkt, heb je suggesties voor het ophelderen of vervangen van het energie-tijd-onzekerheidsargument?

Het graviton is het hypothetische ijkboson dat geassocieerd is met het gravitatieveld. Ik zeg hypothetisch omdat het verre van duidelijk is of zwaartekracht kan worden beschreven door een kwantumveldentheorie, dus het is niet duidelijk of gravitonen een bruikbare beschrijving zijn.

In ieder geval , moet je de notie van virtuele deeltjes zoals de graviton niet te serieus nemen. kijk eens naar Matt Strasslers artikel over virtuele deeltjes . Virtuele partices zijn eigenlijk slechts een wiskundig apparaat om de energie in kwantumvelden te beschrijven. Dus zelfs als de graviton een goede omschrijving is van de zwaartekracht, moeten we “het vacuüm niet zien als vol gravitonen en dus niet echt een vacuüm.

Stel dat we een geladen deeltje in een vacuüm zetten. Zou je beweren dat het vacuüm geen vacuüm is omdat er een elektrisch veld in zit? Als dat zo is, dan zou je ook moeten zeggen dat het vacuüm nabij een massief lichaam geen vacuüm is omdat er een zwaartekrachtveld in zit. Hoewel ik veronderstel dat deze bewering enige geldigheid heeft, lijkt het overdreven ijverig.

Opmerkingen

• ” zou je beweren dat het vacuüm geen vacuüm is omdat er een elektrisch veld in zit? ” Nee … ik zou het claimen ‘ is geen vacuüm omdat je er een geladen deeltje in stopt.
• @PaddlingGhost: maar het veld gecreëerd door een geladen lichaam strekt zich uit tot in het vacuüm eromheen.

Je verwart eenvoudig vacuüm met “niets”, wat een filosofisch concept is. Je kunt de definitie controleren op wiki

Vacuüm is ruimte zonder materie . Het woord komt van het Latijnse bijvoeglijke naamwoord vacuus voor “vacant” of “leegte”. Een benadering van een dergelijk vacuüm is een gebied met een gasdruk die veel lager is dan de atmosferische druk. [1] Natuurkundigen bespreken vaak ideale testresultaten die zouden optreden in een perfect vacuüm, dat ze soms simpelweg “vacuüm” of vrije ruimte noemen, en gebruiken de term gedeeltelijk vacuüm om te verwijzen naar een werkelijk onvolmaakt vacuüm zoals men dat zou kunnen hebben in een laboratorium of in de ruimte.

Er zijn verschillende theorieën die zwaartekracht proberen te verklaren (kromming van ruimte-tijd, graviton, enz.) maar volgens geen van deze zwaartekracht of gravitonen kan matter

Reacties

• Kunt u dit antwoord aanpassen om de vraag daadwerkelijk te beantwoorden? Je hebt ‘ hier helemaal niet over zwaartekracht gesproken.

In de kwantummechanica is het onmogelijk om alle deeltjes uit een vacuüm te verwijderen.Een hoeveelheid ruimtetijd die alleen fotonen en gravitonen in thermisch equilribium bevat (of niet), klinkt voor mij als een perfect vacuüm.

Een perfect vacuüm bestaat nooit zoals vermeld in meerdere andere commentaren. Alle “boodschapperdeeltjes” zijn fluctuaties van hun respectievelijke velden (bijv. De graviton een plaats in het gravitatieveld die een niet-nul energiewaarde heeft). Alle velden zijn onderhevig aan kwantumfluctuaties, in wezen hebben ze zelden geen energie op een bepaald punt, maar de fluctuaties zijn gemiddeld nul (dat wil zeggen dat voor de meeste velden, andere, zoals het voorgestelde Higgs-veld, mogelijk niet-verwaarloosbare energiewaarden op hun laagste niveau hebben). energietoestand). Omdat het graviton ook kan worden beschreven als een golffunctie (net als licht; er bestaat theoretisch zoiets als zwaartekrachtgolven die ruimte-tijd vervormen). Dit en het eerder gemaakte punt zijn een bewijs waarom er niet zoiets bestaat als een perfect vacuüm. Wat de situatie misschien wat ingewikkelder maakt, is de snaartheorie die voorspelt dat de graviton een string met een kort einde is, wat suggereert dat het in staat is om te interageren met meer dan onze drie ruimtelijke en eenmalige dimensies. (Alle informatie samengevat uit Brian Greenes Fabric of the Cosmos

Ik geloof dat een deel van het probleem is het ontbreken van een duidelijke definitie van “vacuüm”.
Ik kan minstens drie soorten vacuüm bedenken. 1) absoluut 2) conventioneel & 3)” praktisch “vacuüm. Het praktische vacuüm is het type dat u in een” laboratorium “aantreft. Het conventionele vacuüm is gedefinieerd als het” afwezigheid van materie. “Het absolute vacuüm bestaat niet, behalve” theoretisch “.
Met behulp van de praktische en conventionele definities voor vacuüm is het antwoord op de vraag ja , zwaartekracht bestaat in dit soort vacuüm. Voor de absolute definitie is het antwoord nee , omdat niets bestaat (zelfs geen velden, fotonen, fluctuaties, gravitonen, enz.).

Ja, zwaartekracht bestaat in een vacuüm. Een vacuüm hoeft niet volledig vrij te zijn van materie, het hoeft alleen een lagere druk te hebben dan het gebied eromheen.

Beschouw de spuit hierboven. Als ik mijn vinger over het uiteinde zou steken en dan aan de zuiger zou trekken, zou er een onvolmaakt vacuüm ontstaan. Als er een vaste massa in de spuitholte zat, zou deze nog steeds de zwaartekracht gehoorzamen.