Cząstka wirtualna
Z Wikipedii
Wirtualne cząstki to cząstki fizyczne, które manifestują swoją obecność poprzez oddziaływanie z innymi cząstkami, jednak ich istnienie łamie zasadę zachowania energii w klasycznym sensie (ale nie kwantowym).
Początkowo stanowiły jedynie wybieg matematyczny, pozwalający na łatwiejsze zrozumienie niektórych praw fizycznych, obecnie ich istnienie zostało potwierdzone eksperymentalnie. Istnienie cząstek wirtualnych jest konsekwencją zasady nieoznaczoności. Z zasady tej wynika, że do nieskończenie dokładnego wyznaczenia energii cząstki, potrzeba nieskończenie długiego czasu. Ponieważ przy pomiarze dysponujemy tylko skończonym czasem - energia cząstki nie jest precyzyjnie określona. W szczególnym wypadku cząstka o zerowej energii (czyli cząstka nieistniejąca) może w krótkiej chwili zaistnieć i posiadać energię osiągającą wartość {wynikającą z zasady nieoznaczoności}:
-
,
gdzie
- czas istnienia cząstki;
- stała Plancka;
W pewnych okolicznościach cząstki wirtualne mogą uzyskać energię i stać się zwyczajnymi cząstkami.
Spis treści |
[edytuj] Oddziaływania
Jeżeli mamy układ dwóch elektronów, jeden o energii E1, drugi o energii E2, to w czasie krótszym od t może zajść proces, który z punktu widzenia fizyki klasycznej wymagałby energii 
. Między elektronami może się pojawić np. wirtualny foton, przez co elektrony zmienią swoją prędkość, zgodnie z zasadą zachowania pędu. Foton ten może istnieć co najwyżej przez czas t, a ponieważ porusza się z prędkością światła, może przebyć co najwyżej drogę r = ct. Jeżeli wyrazimy wzór na energię wirtualnego fotonu w zależności od tej drogi, to okaże się, że jest ona dokładnie równa energii oddziaływania kulombowskiego między elektronami. Wymiana wirtualnych fotonów jest więc mechanizmem oddziaływania elektromagnetycznego.
W podobny sposób można wyprowadzić wzór na siły oddziaływania słabego i silnego, przy uwzględnieniu, że cząstki przenoszące te oddziaływania mają masy i inne liczby kwantowe. Grawitacji jak dotąd nie udało się opisać w ten sposób.
[edytuj] Energia próżni
Wirtualne cząstki cały czas powstają w próżni w parach cząstka-antycząstka i natychmiast znikają. Nazywa się to fluktuacjami kwantowymi. Obecność tych cząstek wpływa na różne zjawiska fizyczne.
[edytuj] Polaryzacja próżni
Np. w próżni powstają pary elektron-pozyton. Dowolna cząstka obdarzona ładunkiem dodatnim, np. proton, będzie przyciągać te wirtualne elektrony a odpychać pozytony (przy pomocy wirtualnych fotonów). Zjawisko to nazywa się polaryzacją próżni. Pary elektron-pozyton obracane przez proton tworzą małe dipole, które swoim polem elektrycznym zmieniają pole protonu. Ładunek elektryczny protonu, który mierzymy, nie jest więc ładunkiem samego protonu, ale całego układu, łącznie z wirtualnymi parami. Gdyby ktoś spróbował jednak obliczyć ładunek samego protonu, to uzyskałby wynik nieskończony. Takie nieskończoności są problemem dla teorii fizycznych i świadczą o ich niekompletności. Aby się ich pozbyć, stosuje się metodę renormalizacji.
[edytuj] Parowanie czarnych dziur
Cząstki wirtualne powstają również w pobliżu czarnych dziur. Jeżeli ich para powstanie dokładnie na horyzoncie zdarzeń, to jedna z tych cząstek wpadnie do czarnej dziury, natomiast druga może odlecieć w przestrzeń, uzyskując tym samym energię i zmniejszając energię dziury. Nazywa się to promieniowaniem Hawkinga i jest to hipotetyczny proces, który może prowadzić do zniknięcia czarnej dziury. Podobne zjawisko zachodzi w ergoobszarze czarnej dziury lub gwiazdy. W takich okolicznościach cząstki te powodują zmiany momentu pędu czarnej dziury.
[edytuj] Związek z geometrią
Istnieje głęboki związek istnienia cząstek wirtualnych z zakrzywieniem czasoprzestrzeni.
Cząstki elementarne występujące w czasoprzestrzeni opisuje się tensorami, będącymi uogólnieniem pojęcia wektora. Można sobie wyobrazić płaską przestrzeń wypełnioną cząstkami, które oddziałują z innymi cząstkami poprzez wymianę cząstek wirtualnych.
Jednak istnieje alternatywny opis oddziaływań, dający takie same wyniki, jak powyższy. Można założyć, że cząstki zakrzywiają przestrzeń wokół siebie (nie musi to być czasoprzestrzeń; może to być jakaś przestrzeń abstrakcyjna). W zakrzywionej przestrzeni inaczej wykonuje się operację różniczkowania tensorów, gdyż zwykłą pochodną cząstkową trzeba zastąpić pochodną kowariantną. Zakrzywienie przestrzeni tłumaczy oddziaływania cząstek bez potrzeby wprowadzania cząstek wirtualnych. Jednak w definicji pochodnej kowariantnej kryje się pojęcie pola kompensacyjnego (zwanego także polem cechowania). Pole kompensacyjne można traktować jako pole cząstki wirtualnej. Ma ono dokładnie te same własności, które mają odpowiednie cząstki wirtualne. Np. oddziaływanie elektronów zachodzi dzięki wymianie wirtualnych fotonów. W definicji pochodnej kowariantnej pola elektronu występuje pole kompensacyjne, które okazuje się być tożsame z polem fotonu (polem elektromagnetycznym).
Ogólna teoria względności jest w całości zapisana w postaci zakrzywienia czasoprzestrzeni, jednak nie można z niej wywnioskować istnienia pola grawitonu. Teorie pól kwantowych utożsamiają pola cechowania z polami cząstek wirtualnych, jednak nie opisują zakrzywienia fizycznej czasoprzestrzeni, tylko różnych przestrzeni abstrakcyjnych. Fizycy mają nadzieję, że uda się połączyć oba podejścia i wytłumaczyć istnienie cząstek wirtualnych jako zakrzywienie czasoprzestrzeni fizycznej.
[edytuj] Inne przykłady
Przykłady zjawisk będących rezultatem występowania wirtualnych cząstek:
- efekt Casimira
- siły van der Waalsa
- spontaniczna emisja promieniowania podczas rozpadu promieniotwórczego.
- przesunięcie Lamba na skutek polaryzacji próżni
- oddziaływania silne pomiędzy kwarkami - będące rezultatem wymiany wirtualnych gluonów.
- oddziaływania słabe będące rezultatem wymiany wirtualnych W bozonów.
- promieniowanie Hawkinga
- kreacja par
| Tomasz Nałęcz wraca do polityki |
Tomasz Nałęcz przyjął zaproszenie na inauguracyjne spotkanie koalicji SdPl - PD - Zieloni firmowanej przez Dariusza Rosatiego, Janusza Onyszkiewicza i Marka Borowskiego. - Zgodził się uczestniczyć w budowie nowej centrolewicy - twierdzą organizatorzy. |
| Rehabilitacja kokainisty przyszła i niepewna |
Artur P., były doradca ds. sportu u prezydenta Lecha Kaczyńskiego podejrzany o handel kokainą, nie wróci na razie do pracy w kancelarii, o co walczył przed warszawskim sądem. |
| W bitwie o szkło lepszy Kamiński |
Prezydencki minister Michał Kamiński wypchnął z telewizji Piotra Kownackiego. Według raportu Instytutu Monitorowania Mediów w grudniu Kamiński wypowiadał się w głównych telewizyjnych serwisach informacyjnych przeszło dwa razy częściej. |
| Sześciolatki w szkołach w 2012 r. To ich prawo, nie obowiązek |
Platforma zgłosiła wczoraj przełomową poprawkę do rządowego projektu obniżenia wieku szkolnego. Chce zapisać, że do 2012 r. sześcioletnie dzieci będą „miały prawo”, a nie „obowiązek” pójść do pierwszej klasy. |
| Jak CBA odkryło Amerykę |
CBA wykryło aferę korupcyjną w kopalni w Bogdance. Zrobiło to pięć lat po prokuraturze |
| Posłowie za rozszerzeniem uprawnień sejmowej "speckomisji" |
Za umożliwieniem sejmowej "speckomisji" dostępu do dokumentów i materiałów uzyskanych przez służby specjalne opowiedzieli się podczas debaty w Sejmie nad projektem zmian w regulaminie izby, posłowie ze wszystkich klubów parlamentarnych. |
| Kolejny sklep internetowy oszukał klientów? |
Warszawska policja wyjaśnia sprawę sklepu internetowego, który oferował telewizory tańsze o kilkadziesiąt procent niż u innych sprzedawców - poinformowała Anna Oleksiak ze stołecznej policji. Klienci, którzy wpłacili pieniądze nie mogli się dodzwonić do sklepu. |
| Sikorski: Polska jest gotowa odegrać rolę w rozwiązaniu gazowego kryzysu |
Radosław Sikorski powiedział, że Polska jest gotowa wysłać obserwatorów, którzy monitorowaliby tranzyt gazu przez Ukrainę do Europy Zachodniej. Władimir Putin zadeklarował wcześniej, że Moskwa wznowi dostawę gazu przez Ukrainę, jeśli tranzyt nadzorować będą unijni obserwatorzy. |
| Rocco Buttiglione doradcą w Muzeum Jana Pawła II w świątyni Opatrzności Bożej |
Rocco Buttiglione, były włoski minister ds. europejskich będzie doradcą w sprawie Muzeum Jana Pawła II i kard. Stefana Wyszyńskiego, które ma powstać przy Świątyni Opatrzności Bożej w Warszawie. Buttiglione zasłynął kontrowersyjnymi wypowiedziami na temat homoseksualizmu, które wywołały burzę we włoskim rządzie i w Parlamencie Europejskim. |
| Skąd teraz płynie gaz do Polski |
Białoruś i Niemcy to w tej chwili jedyne dwa kierunki, z których do Polski płynie gaz. Rura z Ukrainy od dzisiaj jest pusta. |
