Czy grawitacja istnieje w próżni?

Twoja intuicja jest dobra , ale „mieszasz ze sobą pewne zjawiska kwantowe i klasyczne.

W fizyce klasycznej (tj. niekantowej) próżnia jest obszarem przestrzeni bez materii. W próżni możesz mieć pola elektromagnetyczne, tak długo, jak ładunki tworzące pola znajdują się w innym regionie. Z tego samego powodu możesz mieć pola grawitacyjne w próżni, generowane przez masy gdzieś indziej w przestrzeni. W tym klasycznym opisie wszechświata nie ma takich rzeczy jak fotony lub grawitony i wszystko (w większości) się udaje.

W fizyce kwantowej historia nie jest taka prosta. Jak mówisz, teraz nasze pola sił są również cząsteczkami (fotony i grawitony), więc może „Próżnia kwantowa” też nie powinna ich obejmować? Niestety, okazuje się, że w mechanice kwantowej (jak wskazał Rob) niemożliwa jest doskonała próżnia, stan bez żadnych cząstek. Jednym ze sposobów, aby to zobaczyć, jest zasada niepewności energii w czasie: $ \ Delta E \ \ Delta t > \ hbar / 2 $.

Idealna próżnia, stan bez żadnych cząstek, musi mieć dokładnie zerową energię. Jeśli energia jest dokładnie równa zero, to jest całkowicie pewne, a $ \ Delta E = 0 $, co narusza zasadę nieoznaczoności. Zatem próżnia kwantowa nie jest stanem z zerowymi cząstkami, jest to stan z prawdopodobnie zerowymi cząstkami.W różnych sytuacjach może się przydać zmiana definicji „prawdopodobnie”, więc jest wiele różnych rzeczy, które fizycy określą jako „próżnię” w mechanice kwantowej.

Ten pomysł, że mechanika kwantowa istnieje są zawsze jakieś cząstki w dowolnym obszarze przestrzeni, ma kilka fajnych konsekwencji, które zweryfikowaliśmy w laboratorium! Jednym z nich jest efekt Casimira . To jest siła która pojawia się, gdy przesuniesz dwa obiekty w próżni tak blisko siebie, że ciśnienie tych „wirtualnych” fotonów powoduje ich przyciąganie. Kolejną jest cząstka, którą odkryli w LHC, Bozon Higgsa . Pole Higgsa ma „oczekiwaną wartość próżni”, doskonała próżnia kwantowa będzie miała niezerowe pole Higgsa. Wzbudzenia tego pola to cząstki Higgsa znalezione w LHC!

Komentarze

• Kilka świetnych odpowiedzi, dziękuję wszystkim. Teraz rozumiem, że próżnia może być zależna od na kontekst i nie musi być absolutną nicością. Przepraszamy za brak głosów za, ponieważ brak mi przedstawiciela.
• Wiele pomysłów w tej odpowiedzi jest przydatnych, ale wiele z nich nie jest ' nie całkiem poprawnych . Po pierwsze, zasada nieoznaczoności czasu i energii jest często śliską rzeczą, którą należy odpowiednio określić, i nie można jej ' zastosować, aby wyciągnąć wnioski: w rzeczywistości próżnia jest stanem własnym energii definicji, tak samo ma dokładną energię (chociaż nie jest to dokładna liczba cząstek w oddziałującej teorii). [Na bok: to nie znaczy nic o zwykłych subtelnościach hamiltonianu w kwantowej grawitacji …] Ponadto, rzecz Higgsa myli pole (z niezerową VEV) z cząsteczką (wahania od tej wartości).
• @Holographer, nie mogę ' zgodzić się bardziej. Starałem się uzyskać bardziej intuicyjną odpowiedź niż rygorystyczną, ale powinienem był bardziej uważać. Zaktualizowałem dyskusję Higga '. Czy masz jakieś sugestie dotyczące wyjaśnienia lub zastąpienia argumentu niepewności czasu energii?

Grawiton to hipotetyczny bozon miernika związany z polem grawitacyjnym. Mówię hipotetyczne , ponieważ nie jest jasne, czy grawitację można opisać za pomocą kwantowej teorii pola, więc nie jest jasne, czy grawitony są użytecznym opisem.

W każdym razie , nie powinieneś zbyt poważnie traktować pojęcia cząstek wirtualnych, takich jak grawiton. Przeczytaj artykuł Matta Strasslera na temat cząstek wirtualnych . Wirtualne cząstki są tak naprawdę tylko matematycznym narzędziem opisującym energię w polach kwantowych. Więc nawet jeśli grawiton jest dobrym opisem grawitacji, nie powinniśmy postrzegać próżni jako pełnej grawitonów, a zatem tak naprawdę nie jest to próżnia.

Na przykład załóżmy, że w próżni umieścimy naładowaną cząstkę. Czy twierdziłbyś, że próżnia nie jest próżnią, ponieważ jest w niej pole elektryczne? Chociaż przypuszczam, że to twierdzenie jest uzasadnione, wydaje się nadmiernie gorliwe.

Komentarze

• ” czy twierdzisz, że próżnia nie jest próżnią, ponieważ jest w niej pole elektryczne? ” Nie … twierdzę, że to ' nie jest próżnią, ponieważ umieściłeś w niej naładowaną cząstkę.
• @PaddlingGhost: ale pole utworzone przez naładowane ciało rozciąga się w otaczającej je próżni.

Po prostu mylisz próżnię z „nicością”, która jest koncepcją filozoficzną. Możesz sprawdzić definicję na wiki

Próżnia to przestrzeń pozbawiona materii . Słowo to wywodzi się od łacińskiego przymiotnika vacuus, oznaczającego „próżny” lub „nieważny”. Przybliżeniem takiej próżni jest obszar o ciśnieniu gazowym znacznie niższym od ciśnienia atmosferycznego. [1] Fizycy często omawiają idealne wyniki testów, które wystąpiłyby w doskonałej próżni, którą czasami nazywają po prostu „próżnią” lub wolną przestrzenią, i używają terminu częściowa próżnia w odniesieniu do rzeczywistej niedoskonałej próżni, jaką można mieć w laboratorium lub w kosmosie.

Istnieją różne teorie, które próbują wyjaśnić grawitację (krzywizna czasoprzestrzeni, grawiton itp.), ale zgodnie z tym nie można rozpatrywać żadnej z tych grawitacji ani grawitonów matter

Komentarze

• Czy mógłbyś tak dostosować tę odpowiedź, aby faktycznie udzieliła odpowiedzi na pytanie? W ogóle nie ' nie mówiłeś tutaj o grawitacji.

W mechanice kwantowej niemożliwe jest usunięcie wszystkich cząstek z próżni.Objętość czasoprzestrzeni, która zawiera tylko fotony i grawitony w równowadze termicznej (lub nie) brzmi dla mnie jak doskonale dobra próżnia.

Doskonała próżnia nigdy nie istnieje, jak wspomniano w wielu innych komentarzach. Wszystkie „cząstki przekaźnikowe” są fluktuacjami ich odpowiednich pól (np. Grawiton to miejsce w polu grawitacyjnym, które ma niezerową wartość energii). Wszystkie pola podlegają fluktuacjom kwantowym, w istocie rzadko mają one energię w jednym punkcie, ale średnie fluktuacje wynoszą zero (to znaczy dla większości pól, inne, takie jak proponowane pole Higgsa, prawdopodobnie mają wartości energetyczne niebędące pomijaniem na najniższym poziomie stan energetyczny). Ponieważ grawiton można również opisać jako funkcję falową (podobnie jak światło; teoretycznie istnieje coś takiego jak fale grawitacyjne, które zniekształcają czasoprzestrzeń). To i wcześniejsza uwaga są dowodem na to, że nie ma czegoś takiego jak idealna próżnia. To, co może komplikować sytuację, to teoria strun, która przewiduje, że grawiton będzie struną zamkniętą, co sugeruje jej zdolność do interakcji z więcej niż naszymi trzema wymiarami przestrzennymi i jednym czasem. (Wszystkie informacje podsumowane w artykule Briana Greenea Fabric of the Cosmos

Uważam, że częścią problemu jest brak jasnej definicji „próżni”.
Przychodzi mi do głowy co najmniej trzy rodzaje próżni. 1) bezwzględne 2) konwencjonalne & 3)” praktyczna „próżnia. Praktyczna próżnia to typ, który można znaleźć w” laboratorium „. Konwencjonalna próżnia to ta zdefiniowana jako” brak materii. „Absolutna próżnia nie istnieje inaczej niż„ teoretycznie ”.
Korzystając z praktycznych i konwencjonalnych definicji próżni, odpowiedź na pytanie brzmi tak , grawitacja istnieje w tego typu próżni. W przypadku definicji absolutnej odpowiedź brzmi nie , ponieważ nic nie istnieje (nawet pola, fotony, fluktuacje, grawitony itp.).

Tak, grawitacja istnieje w próżni. Odkurzacz nie musi być całkowicie pozbawiony materii, po prostu musi mieć niższe ciśnienie niż obszar wokół niej.

Weźmy pod uwagę powyższą strzykawkę. Gdybym położył palec na końcu, a potem pociągnął za tłok, powstałaby niedoskonała próżnia. Gdyby we wnęce strzykawki znajdowała się stała masa, nadal podlegałaby grawitacji.