Виртуальные частицы
Согласно соотношению неопределенности В.Гейзенберга ∆W • ∆t > ħ в течение небольшого промежутка времени ∆t допускается нарушение закона сохранения энергии на величину ∆W ~ ħ/∆t. Если промежуток времени достаточно мал, то энергия W может оказаться достаточной для образования двух частиц (частицы и античастицы) массой т ~ h/(27πс2∆t). Таким образом, появление на небольшой промежуток времени Д* двух частиц не противоречит закону сохранения энергии. Именно две частицы необходимы для выполнения других законов сохранения, например, закона сохранения электрического заряда. Спустя время At эти частицы исчезают.
Итак, в вакууме неперывным образом рождаются и исчезают частицы. Эти частицы называются виртуальными. Виртуальные частицы образуются в результате флуктуации вакуума. Время их жизни настолько мало, что они не могут быть зарегистрированы. Виртуальная частица успевает исчезнуть прежде, чем ее обнаружат. Этим виртуальные частицы отличаются от реальных.
При некоторых условиях виртуальные частицы могут стать реальными. Это может произойти при наличии сильного внешнего поля. Взаимодействуя с внешним полем, виртуальная частица может успеть получить энергию, достаточную для того, чтобы сталь реальной частицей. Например, в сильном электрическом поле на виртуальные электрон и позитрон действуют силы, стремящиеся удалить одну частицу от другой. Электрическое поле, расходуя свою энергию на удаление виртуальных электрона и позитрона друг от друга, создает эффект рождения реальных частиц из вакуума. Закон сохранения энергии при этом выполняется. Это явление используется, например, для объяснения эффекта испарения черных дыр.
Несмотря на то, что виртуальные частицы непосредственно нельзя обнаружить, их существование приводит к наблюдаемым эффектам. Например, рождение виртуальных пар заряженных частиц приводит к частичной экранировке заряда, внесенного в вакуум. Этот эффект аналогичен поляризации диэлектрической среды и называется поляризацией вакуума. Поляризация вакуума приводит к небольшим изменениям уровней энергии атомов, т.е. к их сдвигам. Соответствующий сдвиг атомных уровней водорода экспериментально был обнаружен в 1947 году Лэмбом и Ризерфордом и называется лэмбовским сдвигам.
Исследование свойств вакуума, который, как оказалось, имеет сложную структуру, принесет по-видимому еще не один сюрприз.
Лекция №44
Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 1414;