Language
Country/Area
No result found
Загадочная жизнь виртуальных частиц: знаете ли вы, как они взаимодействуют с энергией?
В физике концепция отрицательной энергии раскрывает природу гравитационных полей и различных квантово-полевых эффектов. Сложное взаимодействие отрицательной энергии и гравитационных полей обогащает и углубляет наше понимание Вселенной. Все начинается с гравитационной энергии — потенциальной энергии, которой обладает объект просто в силу своего существования в гравитационном поле.
Гравитационная энергия или гравитационная потенциальная энергия — это потенциальная энергия, которой обладает любой массовый объект в гравитационном поле...
В классической механике всегда существует потенциальная возможность возникновения гравитации при наличии двух или более масс. Закон сохранения энергии требует, чтобы энергия гравитационного поля всегда была отрицательной, то есть равнялась нулю, когда объекты находятся на бесконечном расстоянии друг от друга. Эта концепция постепенно привела нас к размышлениям о структуре Вселенной: Вселенная, в которой доминирует положительная энергия, может в конечном итоге погибнуть в результате большого сжатия, в то время как «открытая» Вселенная, в которой доминирует отрицательная энергия, может расширяться бесконечно или в конечном итоге погибнуть в результате большого разрыва. распад .
В то же время в модели Вселенной с нулевой энергией полная энергия во Вселенной равна нулю, то есть положительная энергия в форме массы в точности компенсируется отрицательной энергией в форме гравитации. Остается неясным, точно ли эта модель описывает нашу Вселенную.
Граница черных дыр и отрицательной энергии
При глубоком изучении черных дыр мы обнаруживаем явление, называемое «перетаскиванием кадра энергии». Вокруг вращающейся черной дыры начинает вращаться само пространство-время, в результате чего образуется область, называемая «эргосферой». В этой области энергия частицы может стать отрицательной. Такая ситуация позволяет частицам с отрицательной энергией пересекать горизонт событий и попадать в черную дыру, в то время как согласно закону сохранения энергии равное количество положительной энергии должно вырваться наружу.
В процессе Пенна-Роуза объект делится на две части, одна из которых приобретает отрицательную энергию и падает в черную дыру, а другая приобретает равное количество положительной энергии и улетает.
Этот процесс был предложен в качестве механизма образования интенсивного излучения, такого как квазары. Концепции отрицательной энергии и отрицательной плотности энергии дополнительно проверяются в квантовой теории поля.
Виртуальные частицы и тайна вакуума
В квантовой теории принцип неопределенности приводит к заполнению вакуума пространства виртуальными парами частица-античастица, которые спонтанно появляются и исчезают через короткое время. Некоторые из этих виртуальных частиц могут иметь отрицательную энергию, и это поведение играет роль в нескольких важных явлениях.
Например, в эффекте Казимира две параллельные пластины располагаются очень близко друг к другу, что ограничивает длину квантовой волны, которая может существовать между ними.
Это ограничение влияет на количество пар виртуальных частиц, которые могут образоваться в вакууме, что приводит к образованию отрицательной плотности энергии. Принцип сохранения энергии, сформированный в вакууме, делает силу между пластинами незначительной, в то время как внешняя сила относительно велика, заставляя пластины притягиваться друг к другу.
Явление квантовой гравитации и излучение Хокинга
В высокоинтенсивном гравитационном поле вокруг черной дыры одновременно действуют как гравитационные, так и квантовые эффекты. В этом случае энергия частицы может стать отрицательной из-за вращения. Излучение Хокинга — это увлекательное явление. Когда виртуальные частицы появляются вблизи горизонта событий черной дыры, одна частица может быть затянута в черную дыру, а другая вырвется, в результате чего черная дыра потеряет часть своей энергии.
Этот процесс может привести к медленному испарению черной дыры и в конечном итоге к ее исчезновению во Вселенной.
Перспективы негативной энергии
На границе науки концепция отрицательной энергии также приводит ко многим интересным гипотезам, таким как червоточины и варп-двигатели. Теория червоточин требует отрицательной энергии для поддержания своей стабильности, что теоретически позволяет путешественникам мгновенно перемещаться в другое время и пространство; в то время как варп-двигатель основан на гипотетических пузырях отрицательной энергии, которые позволяют перемещаться со скоростью, превышающей скорость света, и не нарушает теорию Эйнштейна. относительности.
Обсуждение теорий, таких как частицы с отрицательной энергией, не только демонстрирует безграничные возможности физики, но и заставляет нас задуматься: действительно ли отрицательная энергия существует в такой прекрасной Вселенной, как мы думаем?
Учитывая непрерывный прогресс науки и техники, мы с большим интересом ожидаем еще более удивительных открытий в будущем. Вас так же, как и нас, интересуют неразгаданные тайны вселенной?
