Исследователи в Брукхейвенской национальной лаборатории превращают свет в электроны, подтверждая теорию столетней давности
В американской государственной лаборатории, расположенной на Лонг-Айленде, учёные творят материю из одного лишь света при помощи сложного ускорителя частиц. Это явление на нашей планете происходит впервые.
Данный экспериментальный прорыв подтвердил предсказания, сделанные влиятельными физиками почти век назад, а также пролил новый свет на загадочные процессы, происходящие как на квантовых, так и на космических масштабах.
Преобразование фотонов, безмассовых частиц света, в электроны, элементарные частицы материи, произвела команда исследователей на релятивистском коллайдере тяжёлых ионов RHIC. Теоретические предпосылки этой работы появились в начале XX века, но чтобы проверить их экспериментально, потребовалось серьёзным образом обустроить экспериментальное оборудование на RHIC – соленоидный трекер-детектор (STAR).
«Все звёзды сошлись так, что у нас всё получилось», — сказал Чжанбу Сюй, член коллаборации STAR и ведущий автор нового исследования. Лихуань Руан, ещё один член команды и помощник пресс-секретаря STAR, добавил, что кинематика эксперимента подобралась как раз такая, чтобы можно было осуществить это прорывное преобразование энергии в материю.
Мечта о достижении этого эффекта родилась ещё в 1934 году, когда физики Григорий Альфредович Брейт-Шнайдер и Джон Уиллер предположили, что при столкновении фотонов могут появляться пары частиц материи-антиматерии, состоящие из электронов (отрицательно заряженных частиц) и позитронов (положительно заряженных двойников электронов, принадлежащих к антиматерии).
Вдохновлена эта идея, которую сегодня называют процессом Брейта — Уилера, была рассветом квантовой механики, благодаря которому стало понятно, что взаимодействие фотонов на квантовых уровнях не подчиняется законам классической механики. Также физики полагались на знаменитую эквивалентность массы и энергии Эйнштейна, которую можно записать, как E=mc2. Из неё следует, что масса и энергия – это просто две стороны одной медали.
При этом энергию превратить в материю куда как сложнее, чем материю в энергию. В 1930-х, вероятно, это казалось почти невозможным. Брейт и Уилер предположили, что с этим может справиться устройство, способное разгонять ионы – атомы, лишённые электронов. Однако подобных устройств в то время просто не было.
«Это демонстрирует гениальность их идей – в начале 1930-х годов многих современных экспериментов просто ещё не существовало», — сказал Дэниел Бранденбург, ещё один член команды STAR. «Но в последнем параграфе своей работы они предсказали, как можно этого достичь, и именно описанный ими эксперимент мы, наконец, сумели реализовать».
«Потрясающе, что они смогли не только правильно вывести результаты из теории, но и предсказать эксперимент, который стал возможным только спустя почти сто лет», — добавил он.
Эксперимент, предложенный Брейтом и Уиллером, и успешно проведённый коллаборацией STAR, предполагает стрельбу тяжёлыми ионами (в данном случае – золота) друг в друга со скоростью 99,995% от световой. Большой положительный заряд и высокие скорости ионов создают круговые магнитные поля и облака фотонов, проходящих вместе с частицами через коллайдер.
Когда ионы золота задевают друг друга, их гало световых частиц взаимодействуют и выдают пары частица-античастица, так давно предсказанные теоретиками. RHIC смог продемонстрировать процесс Брейта-Уилера, а детектор STAR был тем инструментом, который непосредственно уловил, измерил и подтвердил это достижение.
Хотя этот результат и является следствием ста лет теоретических изысканий, однако исследователи STAR лишь недавно поняли, что их оборудование может помочь экспериментально подтвердить этот загадочный процесс превращения энергии в материю.
«Всего несколько лет назад, в 2018 году, мы начали замечать кое-что интересное, однако не сразу поняли, что видим процесс Брейта-Уилера, — сказал Руан. – Мы увидели отличные результаты от тех, которые следует ожидать после столкновения тяжёлых ионов, но только когда Дэниел начал заниматься анализом данных с точностью, доступной оборудованию STAR, со всеми измерениями дифференциальной кинематики, мы смогли уверенно заявить: да, это действительно процесс Брейта-Уилера».
Подтвердить такую старую теорию – это, конечно же, здорово само по себе. Однако в эксперименте был совершён ещё один важный прорыв: первая на Земле демонстрация такого явления, как вакуумное двулучепреломление. Эта концепция тоже имеет почти столетнюю историю.
В 1936 году физики Ганс Генрих и Вернер Гейзенберг (тот самый, с принципом неопределённости) предсказали, что мощные магнитные поля способны поляризовать вакуум. Этот эффект должен странным образом влиять на путь света, проходящего через пустое пространство. Примерно 20 лет спустя физик Джон Толл развил эту идею, описав вакуумное двулучепреломление – то, как поляризация влияет на поглощение света магнитным полем в вакууме.
Двулучепреломление можно наблюдать и в более знакомых материалах – к примеру, кристаллах. Иногда свет расщепляется и даёт двойное изображение. Такой же эффект наблюдается в экстремальных условиях космоса, к примеру, вблизи нейтронных звёзд – чрезвычайно плотных останков звёзд с очень сильными магнитными полями.
И вот коллаборация STAR впервые зафиксировала вакуумное двулучепреломление на Земле. Это важное экспериментальное подтверждение одного из базовых принципов квантовой механики.
«Это интересный эффект, поскольку у фотона нет заряда, поэтому с классической точки зрения магнитное поле на него влиять не должно, — пояснил Бранденбург. – Поэтому это явно доказывает фундаментальные аспекты квантовой механики. Фотон может испытывать постоянные флуктуации, превращаясь в пару электрон-позитрон, которая, в свою очередь, взаимодействует с магнитным полем. Именно это мы и измерили».
«Настоящее открытие заключается в том, что это может произойти в вакууме космоса при наличии сильных магнитных полей, а теперь впервые мы смогли измерить эту волновую функцию фотона напрямую», — добавил он.
От предыдущих экспериментов по превращению энергии в материю прорыв STAR отличает как раз двойная демонстрация процесса Брейта-Уилера и вакуумного двулучепреломления.
Во время своего значимого эксперимента в 1997 году национальная ускорительная лаборатория SLAC сталкивала лучи лазеров и электронные пучки, создавая из фотонов электрон-позитронные пары. Однако тот процесс не был измерен так точно, как это удалось STAR. Последний выдал неизвестные ранее детали, связанные, в частности, и с эффектом вакуумного двулучепреломления.
«Это первое экспериментальное измерение, по поводу которого мы можем сказать: да, мы реально наблюдали эти сверхсильные электрические и магнитные поля, пусть и очень кратковременно, — сказал Бранденбург. – В результате мы впервые смогли экспериментально показать эти сверхсильные магнитные поля – самые сильные во Вселенной. Других источников магнитных полей подобной силы во Вселенной нет».
В недавнем эксперименте на Большом адронном коллайдере учёные превращали энергию в массу, сталкивая фотоны и получая W-бозоны – короткоживущую форму материи, управляющую слабым ядерным взаимодействием, одним из четырёх фундаментальных взаимодействий в природе. Однако по сравнению с электронами, W-бозоны – чрезвычайно экзотическая форма материи, распадающаяся за малую долю секунды. И хотя это было знаковым достижением, тот эксперимент не стал демонстрацией процесса Брейта-Уилера.
«Там два фотона сталкивались и порождали частицу с массой, но это явно не то, что предсказывали и вычислили Брейт и Уиллер, — сказал Сюй. – В их время не существовало концепции слабых взаимодействий или квантовой хромодинамики. Даже лазеры ещё не изобрели».
В этом смысле эксперименты с БАК, SLAC и из Брукхейвена дополняют друг друга, подтверждая, что формула Эйнштейна работает в обе стороны, хотя создать массу из энергии гораздо сложнее, чем наоборот. Дополнительная демонстрация вакуумного двулучепреломления дала новую пищу для инноваций и идей, которая сможет пролить свет на экзотические процессы разных масштабов – от квантовых взаимодействий до расширения космоса.
К примеру, новые измерения могут помочь астрофизикам и космологам смоделировать создание электрон-позитронных пар из света, окружающего наиболее энергетически мощные объекты и события Вселенной, от сверхновых до чёрных дыр. Коллаборация STAR планирует продолжить эксперименты, попытавшись сделать первые двумерные изображения ядра атома с беспрецедентной детализацией.
Комментарии (169)
alex-open-plc
07.10.2021 23:09-2Поляризация вакуума... Как можно что то сделать с отсутствием чего либо? Ведь вакуум это совершенная пустота, т.е. нет ничего.
freecoder_xx
07.10.2021 23:21+8Нет вещества, но есть поля (то есть материя все равно есть).
LordDarklight
11.10.2021 11:18-1Поля могут быть не совсем материальны - просто опять же - что есть материя
ksbes
11.10.2021 11:26-1У поля есть математическое определение (например, отображение пространства на скаляры/векторы), а есть физическое - медиатор (т.е. промежуточный агент) взаимодействий. И хотя это нередко происходит даже в научной ( не говоря уже о популярной) литературе - смешивать их всё же не стоит.
ЭМ-поле - это реальная физическая сущность, часть материи.
А эти ваши E,H,D,B - это мат. модель этого физического поля - "математические" поля сил. Фотон - то же по сути мат. модель, но посложнее (квантовая), но за ней стоит и своя физическая "частица материи".
что есть материя
А что есть точка в геометрии? Что есть пространство? Есть некие базовые понятия которые не стоит строго определять, пока мы не нашли чего-то более фундаментального. Ну а нестрогие определения материи - десятки их.
Мне нравится такое : "материя - это то, проявление чего мы можем наблюдать", или более наукообразно: "это то, что может вызывать ускорения наблюдаемых тел"
bbs12
08.10.2021 09:03+2Настоящего вакуума не существует, его нельзя получить даже искусственно. см. Эффект Казимира.
LordDarklight
08.10.2021 10:24+3Давно уже даже экспериментально доказано - что вакуум - это не пустота - а настоящий бурлящий квантовый суп из микрочастиц
a3or
09.10.2021 12:28Думаете магниты в космосе не имеют магнитного поля? Там не идеальный вакуум конечно, но магнитное поле никуда не исчезает.
ads83
08.10.2021 02:02+1Заинтересовался экспериментом, немного копнул.
Нашел, что у некоторых физиков есть сомнения, считать ли фотоны в этом эксперименте настоящими или виртуальными:Unlike normal photons, which have no mass, these photons do have mass.
Я не специалист в релятивистской физике, и не смогу объяснить "фотон с массой".
Что я смог понять из прочитанного — так это что сталкиваемые "фотоны" — это результат наложения электромагнитных волн от движущихся заряженных атомов, которые тоже присутствуют в наблюдаемом объеме. Ну а дальше интерпретация: "ионы породили фотоны, которые породили пару позитрон-электрон", или "(близко пролетающие) ионы породили пару позитрон-электрон".
И да, я был удивлен, что частицы в этом эксперименте двигаются со скоростью, настолько близкой к скорости света. В удивительное время живем!
MTyrz
08.10.2021 06:45+2Подскажите, а чем этот эффект отличается от ru.wikipedia.org/wiki/Рождение_пар ?
Рождение электрон-позитронных пар при взаимодействии гамма-кванта с электромагнитным полем ядра (в сущности, с виртуальным фотоном) является преобладающим процессом потери энергии гамма-квантов в веществе при энергиях выше 3 МэВ
molybdenum
08.10.2021 08:45получается электричество можно будет получать прямо из света?
LordDarklight
08.10.2021 10:26+1Так фотон и есть электричество - солнечные панели давно из него получают электричество в форме электронов и дырок
PrinceKorwin
08.10.2021 10:36+2То-то я думаю, что звук с телефона какой-то не очень если телефон заряжал от солнечных батарей. Просто в звуке дырки появляются...
LordDarklight
08.10.2021 12:17Дырки - это переносчики положительного заряда в электроцепях. На самом деле в веществе (металл т.е. провода) - физически как раз дырки перемещаются, а не электроны - электроны лишь занимают их место. Но это всё условности - не заморачивайтесь
Lsh
09.10.2021 11:34физически как раз дырки перемещаются
Что значит "физически"? Дырок ведь нет как самостоятельных частиц, это просто ввакантное место для электрона. Да, иногда удобнее о дырках думать как о неких отдельных сущностях, но уместно ли тут говорить " физически"?
LordDarklight
11.10.2021 11:20Просто в токе - движение идёт именно дырок - да оно условное - но по факту именно они движутся в материи в направлении движения тока - а электроны просто занимают их место в процессе их последующего движения - физически - конечно перемещаются электроны - но не туда, куда движется ток
bbs12
08.10.2021 10:30Просто напомню, что всем любителям квантовой физики обязателен к просмотру фильм "Секреты квантовой физики" с Джимом Аль-Халили. Вдруг кто не смотрел. И вообще все фильмы с эти ведущим (который на самом деле не ведущий, а ядерный физик) обязательны. Их в школе нужно показывать.
gus26
08.10.2021 14:30-7Я почему-то не удивляюсь, что очередное открытие делают за бугром, а не в "скрепном раю"...
SLY_G Автор
08.10.2021 15:59+2Ну если бы вы искали не подтверждения своим предрассудкам, а объективную информацию, вы бы удивились, сколько открытий делают российские учёные. Стоит только с этим вопросом выйти в интернет.
Arxitektor
08.10.2021 14:33-1Немного про массу и вес.
Возьмет простой волчок. Пусть на земле он весит 1 Кг. (Вес как я помню реакция лена на опору.)
1- На Земле он весит 1 Кг
2 - На орбите земли он ничего не весит.
3 - На планете Х (в 10 раз тяжелее Земли) он весит 10 кг
4 - На орбите планеты Х он ничего не весит.
Возник вопрос про энергию требуемую для раскрутки волчка до допустим 100 оборов с минуту.
Она будет отличаться в случаях 1,2,3,4 ?
LordDarklight
08.10.2021 16:36Хорошая задачка для вопроса на вступительных экзаменах по физике (в любой технический институт) - прям вспомнил как меня валили задачкой про куб 1x1x1м на дне воды глубиной 2м кажется.
Думаю для идеального (плоского) волчка в идеальных условиях разницы не будет никакой (скорость будет определяться исходным импульсом и инерционными показателями волчка - т.е. исключительно его массой покоя). Но вот где взять такой идеальный волчок и идеальные условия - ведь гравитацию так или иначе не исключить - она всегда будет влиять (пусть и не значительно), так же будет иметь значение форма объектов, имеющих массу (волочок, планет, звезда, галаткики, но, впорочем, исключим другие тела вокруге, как и то, что будет задавать импульс вращения) - тем самым на разные молекулы волчка будет оказываться разное гравитационное воздействие (на орбитах конечно оно будет минимальным - но тоже будет - гравитация то распространяется на бесконечное пространство - причём скорость распространения конечная, а не мгновенная - значит и на молекулы волчка в разных частях будет оказывать разное влияние - внося свою лепту в его конечный энергетический запас кинетической энергии вращения).
Ещё один момент, который не стоит упускать из вида - это 100 об/мин - как время будете считать? Ведь оно во всех случаях будет разным - гравитация влияет на ход времени.
Так что задачка то совсем не простая - и наверное уже "тяготеет" к выпускному экзамену в физтехе
beerchaser
08.10.2021 19:01вес таки в ньютонах. масса (кг) - мера инерции. и на орбите и на земле она будет эквивалентна - 1 кг. в связи с одинаковой инерционностью энергия требуется одинаковая. если не уходить в дебри ...
KvanTTT
08.10.2021 19:11Не будет, если исключить силу трения между волчком и поверхностью. Сила трения зависит от силы притяжения.
LordDarklight
11.10.2021 11:22Как Выше написал - тут слишком много факторов . В идеальны условиях разницы не будет (но в идеальных условиях нет трения). Но идеальные условия не достижимы - поэтому разница будет - но в силу косвенных факторов
Arxitektor
08.10.2021 20:39Так что задачка то совсем не простая - и наверное уже "тяготеет" к выпускному экзамену в физтехе
масса (энергия) покоя. Читал что большая часть массы тела это как раз энергия связи частиц
кварков в протонах и нейтронах. А часть взаимодействием с полем Хигса. Масса вообже загадочная штука.
Спасибо за подробный ответ. Тоже так думал. Если волчок считать идеальным и трение равным нолю. Вопрос пришел в голову поздно ночью и испортил весь сон.
Интересно можно ли отличить воздействие на тело 3 видов силы
1 силы в поле тяготения в где ускорение равно 1 м/с
2 равноускоренного движения с ускорением 1 м/с
3 центростремительного ускорения 1 м/с
MTyrz
08.10.2021 22:16+1Интересно можно ли отличить воздействие на тело 3 видов силы
То, о чем вы спрашиваете, называется «Принцип эквивалентности».
1 силы в поле тяготения в где ускорение равно 1 м/с
2 равноускоренного движения с ускорением 1 м/с
3 центростремительного ускорения 1 м/с
ksbes
11.10.2021 08:38Можно отличить 3 от 2 из-за силы Кориолиса.
А вот с 1 - есть нюансы: "абсолютно плоской" гравитации не существует (а сила равномерной инерции абсолютно плоская),а в ОТО там есть ещё "увлечение систем отсчёта" и своеобразная "гравитационная сила Кориолиса" у вращающихся гравитирующих тел.
Но в первом приближении 1 от 2 неотличима, но отличима от 3 (благородя той же силе Кориолиса).
Т.е. находясь в закрытом кубике мы сравнительно легко сможем понять - вращаемся мы по орбите или висим далеко, далеко от всяких источников гравитации. Достаточно расположится у стенки куба и, если мы на орбите, сила Кориолиса начнет нас двигать "по орбите", в общем случае незамкнутой, вокруг центра кубика пока не упрёмся в одну из стенок.
Tyusha
13.10.2021 08:35Должна сообщить, что у вас неправильное представление о "выпускном экзамене" на Физтехе.
adept_od
09.10.2021 22:45Очень жаль что такое новости так долго доходят на Хабр. Ведь это июльская новость https://phys.org/news/2021-07-collisions-matterantimatter-pure-energy.html или первоисточник J. Adam et al, Measurement of e+e− Momentum and Angular Distributions from Linearly Polarized Photon Collisions, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.052302
Victor_koly
10.10.2021 13:22В недавнем эксперименте на Большом адронном коллайдере учёные превращали энергию в массу, сталкивая фотоны и получая W-бозоны
Интересно было бы найти ссылку. Кажется таких фотонных коллайдеров на современном уровне технологий не создавали.
А так, что я понял из статьи. На LHC такое уже было в сеансах столкновения ядер свинца. Виртуальные фотоны электростатического поля ядра свинца при переходе в СО столкновения 2 ядер я суммарной энергией 13 ТэВ на пару протонов (возможно, что данные были не из этого сеанса, а с сеанса с энергией 7 или 8 ТэВ) имеют очень высокую энергию. Этой энергии пары фотонов хватает на рождение нейтрального пиона, который быстро распадается на пару фотонов.
freecoder_xx
Напомните, а почему свет - это не материя?
Inkstyle
Потому что это волна.
me21
Вполне себе материя, в общем-то. Если достаточно мощный луч сконцентрировать в малом объёме, можно и чёрную дыру получить.
Наверное, лучше сказать, что свет - это не вещество, а энергия. Но и то и то - материя.
Lsh
Хм... Далеко не физик, однако понятные теории формирования чёрной дыры говорят о том, что для этого надо ужать огромную массу до сверх малого объёма. А как она получится из луча, если там нет массы?
me21
Масса есть. E=mc^2. Массы покоя нет.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Kugelblitz_(astrophysics)
ksbes
А гравитационная масса равна в таком случае массе покоя или "релятивистской массе"? Я читал противоположные точки зрения. Или для фотонов - так, а для материи - по-другому?
id_potassium_chloride
В такой терминологии надо исходить из "релятивистской массы". Просто считайте, что гравитационное воздействие определяется величиной не m, а E/c^2, где E=sqrt(p^2*c^2+m^2*c^4). Для фотона m=0, но импульс у него есть и иногда очень приличный
ksbes
А почему тогда для обычных тел (например для релятивистских джетов) мы импульс не учитываем, а только массу покоя? В чём разница?
Cashey
ну так там выходит порядок влияния этого импульса как ~p/c.
по той же причине мы и складываем скорость v1+v2, а не релятевиской формулой.
id_potassium_chloride
Решает энергия (на самом деле энергия и масса почти одно и то же в теорфизе). В правой части уравнения Эйнштейна находится тензор энергии-импульса, так что можно и светом ЧД замутить, только это надо очень постараться
asilzhan11
Если вложить достаточно информации в малый объем пространства, то теоретический тоже можно получить черную дыру. Тут скорее плотность энергии играет роль.
TiesP
Что-то я запутался) А антиматерия — это тоже материя?
LordDarklight
Да - материя, в нашей части вселенной антиматерию получают только в коллайдерах. Но, в общем смысле - это тоже материя, только с некоторыми отличными физическими величинами (спин, заряд) и вступающая в реакции аннигиляции (превращения в энергию) с обычной материей.
Возможно где-то во вселенной есть целые планетарные системы из антиматерии - для них это обычная материя. Но это пока никак не доказуемо
PrinceKorwin
https://www.bbc.com/russian/science/2011/08/110807_antimatter_belt
https://www.vesti.ru/nauka/article/2557340
LordDarklight
Спасибо. Интересные новости. Почерпнул новые сведенья. Хоть там пока и ничего не доказуемо.
Можно ещё рассмотреть вариант появления антивещества на орбите Земли как результата деятельности пришельцев с других планет. Возможно их технологии используют антивещество и мы видим его остатки (при этом сами пришельцы могут вполне себе состоять из обычного вещества - ведь, скажем реакторы и двигатели на антивеществе теоретически прорабатываются и на Земле - научись мы легко получать большие объёмы антивещества - то быстро бы освоили и технологии его применения)
PrinceKorwin
Дело же не только в этом. А в том, что оно анигилирует при взаимодействии с обычным веществом. Просто сохранить антивещество на нашей Планете - это сама по себе большая проблема.
А вы говорите - пришельцы :)
LordDarklight
Как хранить - показали в фильме/книге Ангелы и Демоны
По сути это не такая уж сложная задача - для этого есть магнитные ловушки.
Конечно бабахнет знатно - если такая ловушка выйдет из строя. Но в целом - это уже инженерные задачи
А пилотные серии непрошедшего в прокат сериала Виртуальность мне запомнились как раз космическим кораблём, который двигался на взрывах антиматерии - очень примитивно - думаю в будущем придумаю что-то посерьёзнее.
Ну а гипотетические пришельцы наверняка уже давно используют куда более продвинутые технологии - вот могли и наследить на орбите нашей планеты
Dvlbug
Будь с магнитными ловушками так просто, у нас уже были бы термоядерные реакторы. Общий принцип один
LordDarklight
Я не говорил что всё просто. Но с равнение с термоядерными реакторами считаю не уместным - в силу куда более сложных условий удержания раскалённой плазмы в реакторе, при нужном давлении. И нескольких грамм холодной антиматерии.
В целом это инженерная задача. И если сейчас ещё есть проблемы - то их наверняка решать в будущем (я про магнитные ловушки; как уже сказал - с термоядерными реакторами и термоядерным синтезом всё куда сложнее)
Nehc
>>> Наверное, лучше сказать, что свет — это не вещество, а энергия. Но и то и то — материя.
Что-то не то у вас с терминологией… Мате́рия (от лат. māteria «вещество»). В общем-то материя и вещество синонимы.
Энергия же это вообще другое — это мера, которой обладает в том числе вещество.
На хабре есть неплохая заметка на эту тему. Опять же «свет» это либо волновое излучение, либо поток частиц, но точно не энергия! И относить ли его к «материи» — вопрос того, какое из существующих определений материи вы используете!
SerjV
>>>> Наверное, лучше сказать, что свет — это не вещество, а энергия. Но и то и то — материя.
> Что-то не то у вас с терминологией… Мате́рия (от лат. māteria «вещество»). В общем-то материя и вещество синонимы.
И да, и нет - просто в разных областях применения один и тот же термин может быть не идентичен.
Материя и вещество как-бы одно и то же, но в физике есть еще поля, которые отличают от вещества, а с философской точки зрения вещество и поля относятся к материи. При этом в предыдущем предложении можно использовать только "вещество" или только "материя" - и формально будет правильно...
В общем, не надо переносить автоматом философию на физику, да и в обратную сторону тоже - не за всеми физическими явлениями надо искать философский смысл, ибо иногда наблюдатель это просто наблюдатель, а не сознание, например.
LordDarklight
Дайте определение энергии?
Nehc
на пару реплик ниже дал. Строго говоря даже не я, а Википедия.
Мне кажется очень верно подмечено в той заметке на хабре про энергию и материю:
omxela
А что Вы имеете в виду? Если физическое понятие, то тут ответ довольно прост, и не только про энергию. В физике какая-то величина (масса, энергия, сила...) считается определённой, если указан способ ее измерения. Либо прямой, либо через другие измеримые величины. Поэтому определение энергии "вообще" Вы в физике не найдёте. Но найдёте виды энергии, скажем, кинетическая энергия тела. Или энергия фотона. Это просто чИсла.
alex-open-plc
А что же тогда фотоны? Разве не частицы?
omxela
Зависит от точки зрения, но ОК, это частицы. Только массы покоя у них нет. А у электрона и позитрона есть. В этом смысле фотон - чистая энергия. Если есть энергия, то теоретически нет никакого запрета на то, чтобы превратить фотон в электрон + позитрон, масса + энергия которых была бы равна энергии исходного фотона. То, что это сделано практически, - удивительно, имхо.
Nehc
>>> В этом смысле фотон — чистая энергия.
Эне́ргия (др.-греч. ἐνέργεια — действие, деятельность, сила, мощь) — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.
Величина, понимаете? Мера.
omxela
Это метафора, поэтому там стоят слова "в этом смысле". Если иметь в виду физическое понятие, то у фотона энергия вполне определённа - произведение частоты на постоянную Планка. То, что Вы написали - всего лишь словесная эквилибристика и попытка определить одно понятие через много других вполне себе неопределённых понятий. Бывает.
ksbes
Так вся наука про это - определение одних понятий через другие, определяемые интуитивно, чувственно. Если "копать до самых основ" - то даже строгость математики начинает "плыть" (что такое точка?).
SerjV
Абстракция, обладающая заданными свойствами.
И не пытайтесь искать точки в реальном мире - математика это наука, изучающая саму себя.
LordDarklight
Фотон - это переносчик энергии. Если какая-то система обладает какой-то энергией (условно измеренной мерой). То фотон в эту систему может привнести дополнительную порцию энергии (в т.ч. обратную по знаку)
Проблема лишь в том, что энергия в системе может быть распределена по разным направлениям и формамам - что приводит к некоторому балансу энергии - условно суммарному итогу сложения всех форм энергии, рассчитываемым только в конкретной области приложения этой энергии - т.е. уже не в целом всей системы, а относительно чего-либо. И в этом балансе фотон может как прибавить, так и убавить энергию, или вообще не изменить её.
Но в любом случае - вход фотон в систему даст новую порцию энергии, просто её форма и направление может быть не тем, чтобы увеличить рассчитываемый баланс энергии всей системы.
Простой пример - если у нас есть атом, который движется в каком-то направлении с какой-то скоростью (рассчитанной относительно некой точки отсчёта - что задаёт баланс энергии, относительно этой точки) - и на встречу в лоб ему лети фотон - то при столкновении с атомом - он передаст атому свою энергию - возбудит электрон - который перейдёт на более высокую орбиту. Но уменьшится ли энергия всей системы, ведь фотон столкнулся с атомом лоб в лоб? Для двух атомов это привело бы снижению кинетической энергии
Nehc
Фотон — это фотон. Элементарная частица со своими свойствами и «метриками». Как любая другая — электрон, позитрон, нейтрино… Все они характеризуются определенными параметрами: массой, спином, энергией. Они могут взаимодействовать определенным образом при этом теряя, либо получая энергию.
Вот если бы вы сказали, что при взаимодействии частицы и античастицы происходит выброс энергии в виде фотонов — вот с этим спорить сложнее, хотя можно было бы упомянуть ядерную реакцию в которой энергия высвобождается не только в виде фотонов, но и в виде других элементарных частиц.
Говорить, что фотон — это чистая энергия не верно также, как говорить, что звук это чистая громкость, или свет — чистая яркость. Энергия — это свойство, параметр, мера. В вашей розетке переносчиков энергии являются электроны. В вашей машине — бензин (если у вам не Tesla, конечно). В батареях вашего дома — горячая вода (ну или возможно — более продвинутый теплоноситель). Переносчиков энергии много и фотон лишь один из них.
LordDarklight
Не говорил, что фотон - чистая энергия.
Соглашусь, что переносчиков энергии много
freecoder_xx
Лучше их называть квантами электромагнитного излучения, так понятнее.
bbs12
Человеческий язык не предназначен для того чтобы ответить на этот вопрос, здесь работает только математика.
Частицы, волны - это всё семантика.
freecoder_xx
Волна - то есть колебание электромагнитного поля (читай, материи). Согласен, что колебание материи и сама материя - это не одно и то же. Но все-таки, а материальную частицу с массой точно порождает именно колебание как таковое, а не колеблющееся материальное поле? Потому что в таком случае материя просто меняет форму, а не появляется из ниоткуда.
resk0
Ща меня заминисуют, наверное )))) Формул боюсь, но читать люблю.
Как мне видится - все есть энергия (и материя, и волны, и сама энергия как мы ее понимаем). На счет массы - скорее всего это форма энергии, которая может влиять на гравитацию (или наоборот - гравитация влияет на нее). Если фотон, то такая форма энергии, которая на гравитацию влиять не может. Причина? - понятия не имею... 2 фотона столкнулись и форма энергии поменялась на другую, гравитационнозависимую.
Волны - это способ движения энергии. Я так понимаю что этот процесс единый - все частицы двигаются волнами. Смотря что мы измеряем - то и увидим. Корпускулярно-волновой дуализм.
Не исключено что реально ничего никуда не движется. Все частицы это не больше чем концентрация энергии в пространстве в это время. Изменился баланс и точка концентрации передвинулась.
Насколько я понимаю, гравитация на данный момент остается загадкой (какими частицами она переносится, как распространяется). Поэтому у меня в голове такая "каша".
Tarakanator
фотон не влияет на гравитацию?
Т.е. чёрная дыра притягивает фотон, но фотон не притягивает чёрную дыру?
И при этом если фотон упал в чёрную дыру, и стал её частью, то сразу стал магически притягивать?
Я считал, что гравитация работает всегда симметрично.
resk0
Согласен. Я просто исходил из того, что фотон не имеет массы. Можно сказать "гравитационно менее зависим", его масса ничтожно мала, неподдается измерению текущими технологиями.
alex-open-plc
Это как? А как же измерения давления солнечного ветра?
Tarakanator
Если честно я не понимаю.
1)вроде как фотон гравитирует. Иначе см. пример с чёрной дырой.
2)фотоне НЕ имеет массы покоя.
Как он тогда гравитирует?
KvanTTT
Фотон не гравитирует, а перемещается в искривленном пространстве к центру черной дыры. Впрочем, об этом уже расписали ниже.
Tarakanator
вот именно. И я это не спрашиваю.
Я не спрашиваю как ЧД влияет на фотон.
Я спришиваю как фотон влияет на ЧД.
dreesh
Гравитация меняет вектор движения в 4-х мерном пространстве, а фотон двигаеться как и вся материя во времени => можно сместить вектор движения в сторону центра черной дыры замедлив движение во времени.
Tarakanator
Ещё раз. Я не спрашиваю как ЧД влияет на фотон. Я спрашиваю как фотон влияет на ЧД.
saboteur_kiev
Насколько я помню, солнечный ветер это не только фотон?
LordDarklight
Солнечный ветер - это не фотоны. А ионы - т.е. атомные ядра и электроны, но больше ядра (а точнее их составляющие - нуклоны и протоны). Они имеют массу покоя + кинетическую массу
Фотоны в солнечном ветре тоже - как и без него - и напрямую к солнечному ветру не относятся.
У фотонов нет массы покоя, но есть кинетическая масса
KvanTTT
Да, солнечный ветер — это совсем не фотоны, а вещество, оторвавешеся от Солнца. И он не перемещается со скоростью света.
LordDarklight
Фотон не притягивает чёрную дыру, так как не обладает массой покоя , и (по пока не завершённым теориям) не испускает собственных переносчиков гравитационного взаимодействия - условно "гравитонов".
Но фотон обладает кинетической массой движения (условно говоря - импульсом).
Но она постоянна (в вкууме) - и чёрная дыра не замеляет фотон (он всегда имеет скорость света - разложенную на вектора движения по всем измерениям)
Вместо этого - чёрная дыра делает хитрее - она искривляет само пространство - и вот эти движение фотона с постоянной скоростью становится не линейным - просто таково становится само пространство - и в итоге фотон со своей постоянной скоростью (относительно пространства чёрной дры) устремляется к центру чёрной дыры (а извне может казаться, что у него изменилась скорость и чёрная дыра его притягивает - но это и есть теория относительности взгляда Эйнштена).
А что происходит внутри центра чёрной дыры пока никто не знает даже теоретически - там возникает сингулярность - условно "деление на ноль" в математических уравнениях - что в очередной раз говорит, что мы далеки ещё от понимания законов мироздания.
Вероятно - все частицы, как и фотоны там теряют все свои свойства, превращаясь в что-то иное, что мы ещё не знаем. Но мы знаем, что такие процессы превращений обыденны для нашей вселенной для всех частиц!
Tarakanator
это всё понятно.
Вопрос в другом:
Если посветить фонариком на чёрную дыру, её масса вырастет?
если да, то почему фотон гравитирует только в чёрной дыре? Т.е. по сути мы должны знать что с ним происходит, а не делить на 0.
если нет, то куда делась энергия?
LordDarklight
Вырастет - так как срабоатет формула Эйнштейна E=mc2 - вернее наоборот = m = E/c2 - то есть условно энергия фотона станет массой Чёрной дыры. А фотон - это нейтральная частица - у неё нет антифотона - и она не аннигилирует ни с материей ни с антиматерией (потому что как раз аннигиляция - это и есть процесс превращения материи/антиматерии в фотоны). А вот частицы материи могут быть античастицами для чёрной дыры - и такие частицы могут уменьшать её массу. И Стивен Хоккинг даже теоретически доказал - что такие процессы со временем уничтожают любую чёрную дыру. Но фотоны увеличивают энергию существующего вещества или антивещества - накачивая его массу.
Но это в теории, а на практике не известно.
Вот это не понял, что Вы спрашиваете. Что значит "гравитирует"?
Фотон меняет траэктррию движения относительно внешнего наблюдателя - устремляясь в чёрную дыру. Это искривление пространства - оно определяется только параметры чёрной дыры (её массы).
Ещё при Эйнштейне провели наблюдения подтверждающие изменения траектории фотонов звёзды под действием массы солнца (проосто у солнца нет такой массы как у чёрной дыры - чтобы создать горизонт событий).
Позже во вселенной нашли гравитационные линзы, образованные массами скоплений галактик - искривляющие проходящие через них лучи фотнов так же как оптические линзы из вещества на Земле (те же математические законы оптики)
Tarakanator
Гравитирует, значит притягивает гравитацией другие объекты.
А то получается что ЧД притягивает фотон, но фотон не притягивает ЧД.
Но при этом если фотон упадёт в ЧД, ЧД станет сильнее притягивать всё подряд. Кстати в какой момент она начнёт всё притягивать сильнее? когда фотон достигнет горизонта событий? или сингулярности?
KvanTTT
Не получается, движение тела с массой отличается от движения фотона, потому что тело с массой двигается по искривленному пространству и дополинетльно притягивается черной дырой. Пространство в космосе на галактических мастабах не евклидово.
Не вижу здесь противоречий. Гравитационные волны по вашему тоже должны притягиваться своими источниками и массивными объектами?
Tarakanator
стоп, я считал что искривление пространства=притяжение.
Просто притяжение это термин по ньютону, а искревление пространства это уже более точно по эйнштейну.
Вот с грав волнами я тоже не понимаю. Решил начать с фотонов.
Если вы не видите противоречия, то вот фотон летит(и долетит) в ЧД.
В какой момент гравитационная масса ЧД увеличится?
KvanTTT
Ок, если это так, то безмассовый фотон просто не вносит дополнительное искривление в пространство, что делала бы частица с массой. Но это не значит, что фотон движется не по искривленному пространству.
Я не знаю ответ на этот вопрос — это уже надо лучше разбираться в ОТО. А может на текущий момент времени точного ответа вообще нет, т.к. нет четкого представления что происходит в сингулярности и около.
В заголовке этой новости ученые превращают свет в материю, так что это вполне возможно, по крайней мере в теории.
Tarakanator
Ну вот как-то странно это, что фотон не вносит искажение в пространство, но если попадает в ЧД, то вносит.
И опять-же если солнечный парус работает, значит фотон имеет инерционную массу... но при этом он не имеет гравитационной массы. Разве это не доказательство того, что инерционная масса не обязана быть равна гравитационной?
Вот эти рассуждения заставляют меня предполагать, что фотон всё-же вносит искревление в пространство. Правда тогда вылезают другие проблемы. Вот объяснил бы кто как оно работает.
KvanTTT
А что тут странно? Вот более простая аналогия: статичные электроны не создают электромагнитное поле, а как только начинают двигаться — создают.
Не значит, он передает свой импульс. В формуле импульса фотона масса не фигурирует.
LordDarklight
По сути так и есть. Просто фотон не искривляет пространство. Но может двигаться в уже искривлённом пространстве
С ними пока мало кто вообще что понимает. До недавнего времени - это были только теоретические изыскания. Но вот, недавно прошли эксперименты, согласовавшие эти теоретические изыскания, и показавшие эффект - согласующийся с моделью гравитационных волн (хотя может это что-то другое - ну очень сильно похожее математическую на модель гравитационных волн).
Но больше - пока никто не знает. Да - есть мат модель распространения гравитационных волн - да - передача гравитационного взаимодействия - это волновой процесс, и распространение идёт со скоростью света. Но что за ним стоит - пока вопрос открытый:
Либо гипотетические частицы - гравитоны - переносчики гравитационного взаимодействия - но их пока никто не зарегистрировал
Либо это скорость изменения всей структуры пространства - но тогда, что это за структура - которую можно выразить только математически - что её определяет?
Скорее всего истина - где-то посередине. Просто мы ещё далеки от понимания этой связи. "Мы слышим звон"- но как он до нас доходит - мы пока не понимаем.
Но искать ответ нужно вокруг константы c (скорости света) - она явно является производной каких-то самых низкофундаментальных процессов бытия. Поняв - почему она именно такая мы поймём многое о том, как устроено бытие.
У меня есть своя теория о том, как устроено пространство и время.
В ней я делают фундаментальный разворот в описании физики процессов. У меня время является производной величиной. А вот скорость - как раз метрикой, определяющей параметры пространства в каждой его "точке" - и по сути тоже являющаяся производной величиной результата сопряжения всех действующих на эту точку величин. А все остальные величины - результаты вычислений вселенской системы уравнений, находящиеся в бесконечном постоянном расчёте. Но, так как время величина производная - то все эти расчёты моментальные, как и не существует какой-то неделимой точки пространства - так как каждый раз при углублении происходит просто уточнение деталей расчёта по фрактальным принципам.
Но, в общем, это не тема для комментария, но и статью тоже не готов написать
KvanTTT
Возможно это из-за технических трудностей, потому что настолько точных детекторов сейчас не существует.
Shkaff
Да, именно так, они и притягиваются.
KvanTTT
Как это работает, это уже тоже было зафиксировано экспериментально?
Shkaff
Волны распространяются в искривленном пространстве-времени и следуют кратчайшему пути (т.е. то, что мы называем "притягиваются"). Скажем, свет притягивается к массивным объектам - мы это наблюдаем, например, при гравитационном линзировании.
Это основа теории относительности, и для гравитационных волн это работает ровно так же, как для света. Линзирование гравитационных волн еще не наблюдалось, но нет причин ожидать, что мы его не увидим.
LordDarklight
Насколько я понимаю, как раз гравитационные волны не притягиваются массивными объектами. Волна не может притягиваться - это математическая абстракция. Если иметь в виду гипотетические частицы - "гравитоны" - то как они себя ведут ещё не ясно - но про них нельзя откровенно говорить о том, что они притягиваются - так как они сами являются организатором этого процесса - ну если существуют
Shkaff
Волны - не математическая абстракция, почему же? Они вполне себе есть, мы их даже наблюдаем. Уж скорее частицы - это удобное приближение, а на самом деле они являются волнами - возмущениями квантового поля.
Гравитационные волны распространяются точно так же, как электромагнитные. И так же следуют по кратчайшему пути, в соответствии с теорией относительности. Это выглядит для нас как "притяжение", как в случае с гравитационным линзированием света на картинке выше.
LordDarklight
Конечно, еси реальные волны - которые можно наблюдать. Но есть волны - которые непосредственно наблюдать нельзя - можно только наблюдать их следствия, и при математических расчётах получать, что результат согласуется в волновыми математическими уравнениями. Но что это за волна - не ясно! Вот тот же свет - со одной стороны - это корпускула - и тут всё, условно, ясно. С другой - волна - но тогда волна чего? Самое простое объяснение - что фотон просто летит не строго по прямой, а совершает постоянные колебательные движения - но это не совсем волна (не то как мы себе проставляем волны в среде) - это именно колебательный процесс. А в теории струн - фотон вообще струна - которая колеблется сама по себе - т.е. не меняет постоянрно траэкторию, совершая осциляцию, а колеблится в скрытых (свёрнутых) измерениях.
А про возмущения квантового поля - вероятно гипотеза верная - о ней ниже - не успел дописать предыдущий свой комментарий. Он ниже
Если же гравитонов нет - то нужно разобраться в том - что есть пространство и как по нему распространяются гравитационные волны.
Меня терзают смутные сомнения о том, что вся нынешняя физика (даже любимая мной струнная теория и М-теория) копает куда-то не туда. Вся эта старндарная модель (подверженная экспериментально) - не более чем некая условная проекция бытия, просто именно так сейчас её научились воспринимать люди.
Мне кажется, в будущем, физику ждут очень интересные и революционные открытия, похлеще Ньютоновских, Максквеловских, Эйнштейновских, Газенберовских (и КО), Хокинговских и т.п. величайших учёных. Которые в очередной раз перевернут устройство мира с ног на голову!
Как выше написал - нужно разбираться в постоянных величинах - пытаться понять, почему они имеют именно такие значения. И главная из них - это константа скорости света. Её значение явно чем-то определяется.
И нужно копать в сторону понимания того - как устроено пространство.
Открытие 1948 (1957 подтверждено экспериментально) Хендриком Казимиром квантовых флуктуаций вакуума считаю величайшим открытием современной физики, произошедшее после квантовой физики (если считать только открытия, 100% доказанные экспериментально). Вот тут то и нужно искать то, как устроено пространство. Вероятно все эти волновые поля, и геометрия пространства есть не что и иное как закономерные процессы, протекающие в этом "физическом" поле частиц квантового супа - и он не настолько уж хаотичен, чтобы не поддаваться математическому описанию - ведь даже в теории хаоса есть свои уравнения, законы и устойчивые комбинации вероятностных моделей - называемые аттракторами.
А если пойти дальше - то может и все элементарные частицы стандартной модели (+ гравитоны) - не более чем иллюзия - их движения и их внутренние свойства (и константы) - всего лишь следствия процессов непрерывного взаимодействия частиц квантового супа пространства.
Ну или этим квантовым супом стоит что-то, что уже не описывается в терминах частиц, а лишь только в терминах уравнений и чисел - вычисляющийся непрерывно, вне времени, в любой требуемой величиной детализации по фрактальным законам
ads83
Это волна электромагнитного поля же.
ksbes
Как-то в морях и океанах эти "математические абстракции" корабли топят и людей убивают.
И т.к. и свет, и тела, и грав. волны у нас движутся по одному и том уже
эфпространству, то искажения этого самого пространства влияют на всё. И всё притягивается.LordDarklight
Вероятно - да - нужно возвращаться к идеи Эфира - полю квантовых флуктуаций вакуума - и рассматривать все волны квантового мира как волны - распространяющиеся в этом квантовом супе - что и есть пространство! И эти волны меняют геометрию (кривизну) пространства - во всех имеющихся измерениях - поэтому и работают математические формулы переносящие квантовые и глобальные процессы на геометрию пространства
Tyusha
Наконец-то в разговор дилетантов пришëл знающий человек, а то невозможно читать этот бред про фотоны, не создающие гравитации! Глаза наливаются кровью, руки тянутся к клавиатуре. Разъясните им тут всë, пожалуйста.
PrinceKorwin
Фотон действительно является истинно нейтральной. Но это не означает, что у него нет антифотона. Фотон сам себе является античастицей.
LordDarklight
Никогда не слышал про антифотон.
Частица не может быть и частицей и античастицей одновременно - или непрерывно иметь свойства сразу обоих
PrinceKorwin
Почему вы считаете, что частица не может быть сама себе античастицей?
https://en.wikipedia.org/wiki/Antiparticle
However, other neutral particles are their own antiparticles, such as photons, Z0 bosons, π0, mesons, and hypothetical gravitons and some hypothetical WIMPs.
LordDarklight
По-моему, чистой воды условность
PrinceKorwin
Ну т.е. процесс аннигиляции и выброс энергии при взаимодействии этих частиц с себе подобными вы считаете условностью. Ооок :)
LordDarklight
фотон аннигилирует с антифотоном - который тот же фотон? И в каком же виде выбрасывается энергия?
PrinceKorwin
Хороший вопрос. Я на него ответа не знаю и не нашёл. Наверное энергия выбрасывается в виде фотона?
LordDarklight
Тогда в чём же аннигиляция?
Про такие эксперименты ничего не слышал. Поэтому и говорю - что это всё условность. И можно не рассматривать, что фотон фактически не может быть и антифотоном. Это одно и тоже - все нюансы лишь следствия используемых математических моделей.
Но про столкновение фотонов вот тут можно почитать
https://nplus1.ru/news/2017/08/16/photon-photon
https://nplus1.ru/news/2020/08/06/lhc-photon-w
Хотя я там вот, как и в данной статье, не понял как проходил эксперимент и что же увидели учёные
PrinceKorwin
Спасибо за ссылки
dreeme
Если точнее, то черная дыра не притягивает фотон, а искривляет пространство-время, в результате чего фотон меняет траекторию. А фотон пространство-время не искривляет, потому что не обладает массой, поэтому он черную дыру "не притягивает". Так что симметрии взаимного притяжения между массивным и безмассовым объектом нет.
Tarakanator
Это логично, но тогда возникает следующий вопрос. Фотон летит в ЧД. Когда он долетит гравитационная масса ЧД увеличится? В какой именно момент?
LordDarklight
Такие вопросы за горизонтом событий чёрной дыры уже не уместны. Так как там не существует понятия времени.
Но для внешнего наблюдателя этим моментом можно считать момент пересечения горизонта событий чёрной дыры - просто дальше физики пока не в состоянии производить верные математические расчёты
Tarakanator
Не получится. На горизонте событий нет ничего особенного. для того, кто его пересекает. Ну по крайней мере в науч попе утвердается, что если падать в сверхмассивную(чтобы не макаронизироваться) ЧД, то момент прохождения горизонта не почувствуешь.
И соответственно вопрос: почему это фотону приспичивает начать влиять на пространство именно в момент пересечения горизонта? Как он узнаёт что пересекает горизонт?
Вот допустим тёмная энергия пропала.
И получается что вся видимая вселенная это огромная чёрная дыра. Фотоны внезапно начнут гравитировать? они же внутри чёрной дыры.
Насколько я знаю физики могут считать что происходит при прохождении горизонта, проблема только когда всё попадает в сингулярность.
LordDarklight
Возможно мне нужно обновить свои знания по данному вопросу - не могу пока ничего больше прокомментировать
Tyusha
Наконец-то здравая мысль, а то вы тут столько бреда понаписали.
blackdiamondj
А долетит ли? Если я не ошибаюся, при падении в ЧД время для падающего объекта замедляется. И чем ближе к ЧД -- тем сильнее. А может ли быть такое, что объект просто зависнет около горизонта событий, так и никогда в него не упав? Поэтому и формулы недействительны для объектов за горизонтом событий, ибо туда просто попасть ничего не может. Я нигде не слышал, чтоб эту тему затрагивали в таком ключе.
Tarakanator
То замедление про которое вы говорите, это не замедление времени для объекта, падающего в чд, а замедление поступления информации от этого объекта, что для стороннего наблюдателя выглядит как будто падающий замедляется вплоть до полной остановки
LordDarklight
Вроде как раз замедление объекта. То есть - часы на орбите чёрной дыры идут медленнее - и если они с не удалятся от чёрной дыры - то на них время пройдёт больше. Да что там черные дыры - вон на МКС время реально идёт быстрее, чем на Земле (так как гравитация слабее) - и синхронизированные атомные часы на Земле и на орбите, покажут разное время - когда их с орбиты доставят на Землю - этот эксперимент ещё 50-х годах провели - причём всего лишь на самолёте, который подняли на высоту несколько десятков километров - этого оказалось уже достаточно для ускорения времени на атомных часах, и время разошлось с Земным - когда самолёт сел!
Tarakanator
Это замедление тоже есть, но оно слабее и не останавливает время на горизонте чёрной дыры.
quwy
Так медленнее они идут только для стороннего наблюдателя. Пилот такого корабля будет видеть обычный ход часов, и в общем чувствовать привычный темп времени. Потому что все его "внутрениие часы", вплоть до квантовых эффектов на уровне атомов веществ внутри клеток, будут замедляться синхронно с часами на руке.
freecoder_xx
А давайте взглянем на проблему чуть глубже: а есть ли он этот момент? Почему мы не можем относиться ко времени и изменению величины взаимодействия как к непрерывным величинам?
Tarakanator
Но момент-то всё равно есть. Вот лечу я по орбите вокруг ЧД в своём пепелатце. И решил посветить фонариком в ЧД.
Должен же быть конкретный момент, когда траектория движения моего корабля поменяется из-за увеличения массы ЧД.
Shkaff
Фотон тоже искривляет пространство-время, потому что искривляет его энергия, а не масса.
KvanTTT
А это давно известный факт или какое-то относительно недавнее открытие?
Shkaff
Это давно известный факт. Это вообще основа общей теории относительности, так что этому факту уже больше ста лет.
LordDarklight
Дали бы ссылку на статью.
Не ну я знаю, что есть, скажем, отрицательная энергия - и с помощью неё, теоретически, как-то можно удерживать искривление пространства - но вот детали не знаю
Shkaff
В уравнении Эйнштейна слева стоят члены, описывающие кривизну пространства, а справа - тензор энергии-импульса. То есть, буквально формулировка уравнения ОТО: энергия приводит к искривлению пространства-времени. Все, у чего есть энергия, искривляет пространство-время. Масса там не фигурирует вообще.
LordDarklight
Не владею тензорной алеброй. И на вскидку пока не виду как правильно подставить в эту формулу энергию импульса фотона.
Но задумался - что возможно Вы правы
Shkaff
Вам не обязательно владеть тензорной алгеброй для этого, важно просто по сути: в ОТО есть только кривизна и энергия. Любая энергия приводит к искривлению пространства-времени. А уж как оно там конкретно работает в уравнениях - можно почитать научные статьи, но оно не принципиально для базового понимания.
ksbes
Только надо уточнять: 4-энергия. Т.е. 3-энергия и импульс.
Shkaff
Совершенно верно! Я выше комментом написал, а потом поленился.
Tyusha
Очень смешно.
masai
Наоборот. Энергия — это скаляр.
Tyusha
Энергия — по определению есть неотрицательно определённая характеристика. При отрицательной энергии гамильтониан и волновые функции не были бы унитарным, а амплитуды полей ушли бы в бесконечность. Точка, расходимся.
michael_v89
А обычный постоянный магнит тоже искривляет пространство?
Если да, тогда почему он искривляет его только для железа и аналогичных материалов?
Если нет, тогда почему с гравитацией одно тело притягивается к другому потому что пространство искривляется, а с магнетизмом железо притягивается к магниту по каким-то другим причинам? Почему тела не могут притягиваться друг к другу по тем же причинам?
Shkaff
Магнитное и гравитационное притяжение - разные вещи. Магнит тоже искривляет пространство, но очень-очень-очень слабо, этого никогда не заметить на практике. Магнит притягивает за счет электромагнитного взаимодействия. Обычно мы описываем силу гравитации и электромагнитизм по-разному, потому что они имеют разную природу, и так удобнее.
Но в целом вы можете описать электромагнетизм и гравитацию похожим образом, тогда магнитное притяжение тоже будет работать за счет искривления определенного "пространства" (в математическом смысле).
Разница между ними в том, что электромагнитная сила действует внутри пространства-времени, а гравитация - это само пространство-время. Кроме того, у электромагнетизма может быть положительный и отрицательный заряд, а в гравитации есть только положительная масса.
michael_v89
А тело за счет гравитационного, всё просто)
Это доказано, или просто общепринятая теория?
Просто логически и там и там есть 2 тела, которые создают какое-то поле, и эти поля как-то взаимодействуют. Поведение полей в целом схожее, даже формулы выглядят одинаково. Логично предположить, что и взаимодействие осуществляется похожими механизмами. Теоретически можно предположить и антимассу, которая будет отталкиваться от обычной массы.
michael_v89
Пофантазирую чуть дальше. Тут 2 возможных варианта — частицы антимассы притягиваются друг к другу, но отталкиваются от обычной массы, и частицы антимассы отталкиваются друг от друга, но не взаимодействуют с обычной массой (масса притягивает, антимасса отталкивает, в результате 0). Что если такие частицы и правда есть, но раз они отталкиваются друг от друга, то не собираются в заметные скопления, а распределены равномерно по Вселенной? Может это и есть темная материя?
Считается, что темная материя составляет основную притягивающую массу внутри галактики, но такой же эффект может дать и большая отталкивающая масса снаружи галактики. Наверно.
Ndochp
С антимассой все плохо. Пусть есть
м1= 1,м2=-1.Сила скалярно
F=m1*m2*k/r^2отрицательная, векторно направлена в разные стороны по линии заданной отрезком между массами.Ускорение
a1 = m2*k/r^2с тем же знаком, что и сила, то есть m1 будет пытаться улететь от m2.Ускорение
a2 = m1*k/r^2с противоположным знаком по сравнению с силой, то есть m2 будет пытаться догнать m1.Скалярно ускорения равны. Получаем равноускоренное движение пары масс в одну сторону от начала эксперимента и до скончания времен.
michael_v89
Вы оба ускорения посчитали по формуле для обычной массы, думаю в этом ошибка.
Если положительные массы притягиваются, и отрицательные притягиваются, значит положительная и отрицательная отталкиваются. Или если положительные притягиваются, а отрицательные отталкиваются, значит положительная и отрицательная компенсируют друг друга. То есть для одинаковой по модулю массы не будут взаимодействовать.
Смотря какое поведение выбрать для 2 антимасс.
Если (положительный и отрицательный) заряды притягиваются, и (отрицательный и положительный) притягиваются, значит (положительный и положительный) или (отрицательный и отрицательный) отталкиваются.
Или если (положительный и отрицательный) притягиваются, а (отрицательный и положительный) отталкиваются, значит (положительный и положительный) или (отрицательный и отрицательный) компенсируют друг друга.
Во втором утверждении противоречие, поэтому оно невозможно. Первое это то, как и ведут себя заряды.
Ndochp
Так нам надо не свойства взаимодействия массы и антимассы придумать, а взаимодействие силы-ускорения-массы для антимассы продумать. куда должно направляться тело с антимассой и положительным зарядом по отношению к телу с отрицательным зарядом? (гравитационным взаимодействием пренебречь)
Tyusha
Эти арифметические упражнения очень увлекательны, однако физика в первую очередь должна соответствовать эксперименту и наблюдениям. А опыт нам говорит, что фантазировать на тему отрицательной массы нет никаких причин. Масса — неотрицательная характеристика. Точка.
michael_v89
Опыт нам говорит, что фантазировать на тему положительных электронов нет никаких причин. Заряд электрона — отрицательная характеристика. Точка. А то что у какого-то ученого в расчетах получился положительный электрон, это просто арифметические упражнения.
Точка в этом вопросе будет когда мы изучим, что такое гравитационное поле/искривление, как оно появляется, и математически докажем, что отрицательной массы (искривления в другом направлении) быть не может.
ksbes
"Отрицательная масса" в особых условиях есть. Это - пузырь воздуха в банке или дырки в полупроводнике или иные подобного рода псевдо-объекты. Для прикола можете повозить воздушный шарик с гелием в машине - когда ускоряетесь он летит в лобовое, когда тормозите - назад.
Tyusha
Отрицательной массы быть не может по той же причине, почему не может быть отрицательной энергии. Я написала об этом: https://habr.com/ru/post/582282/comments/#comment_23585580.
Отрицательный заряд и отрицательная масса совсем не одно и тоже. Введение отрицательной массы полностью рушит квантовую механику по фундаментальным причинам. Совсем. Напрочь.
michael_v89
Почему пренебречь? Мы же про него и говорим.
Если массы одного знака притягиваются, то разных должны отталкиваться. Есть еще вариант, что взаимно компенсируются и не двигаются, но лично мне он кажется менее вероятным.
Shkaff
В науке нет ничего точно доказанного. Но все, что мы знаем про мир, указывает именно на это.
Формулы не выглядят одинаково. Поведение тоже похоже только в некоторых случаях, а в других - отличается. Но мы думаем, что вообще и электромагнетизм, и гравитация должны описываться какой-то одной теорией. Предположительно при очень больших энергиях (во времена большого взрыва) они были одной силой, а потом разделились и для низких энергий уже выглядят по-разному. Ученые ищут, но пока не придумали, как это будет выглядеть.
alex-open-plc
Что значит движение энергии?
Волна — изменение некоторой совокупности физических величин (характеристик некоторого физического поля или материальной среды)
Nehc
не все есть энергия, а у всего есть энергия! )
Скорее уж тогда все есть поля…
Haif
Обычно полями материи называют поля электрона, мюона, таона, нейтрино (которых три) и кварков. Фотоны, Z- и W- бозоны, а так же глюоны представляют из себя так называемые калибровочные поля и их часто называют переносчиками взаимодействий. Частицы мы получаем уже после процедуры квантования и они суть возбуждения этих полей. Математически есть огромная разница между полями материи и калибровочными полями. Последние требуются в теории для её калибровочной инвариантности и играют совершенно (опять же, с точки зрения математики) иную роль, нежели первые. Однако, с точки зрения физики что поля материи, что калибровочные поля одинаково важны. Например, без глюонов из кварков не смогли бы образоваться протоны, нейтроны и другие адроны, а без фотонов не было бы молекул.
LordDarklight
Хороший вопрос. Что считать, а что не считать материей, после формулы Эйнштейна " E=mc2".
Наверное материей нужно считать те частицы, которые имеют массу. Но тут далее можно либо пофилософствовать, либо углубиться в физику.
Если углубляться в физику - то надо определиться о какой массе мы говорим. Массе покоя или массе движения (фактически об импульсе - который как раз эквивалентен энергии - так как фотоны, вакууме, всегда движутся со скоростью света). Массы покоя у электронов нет. А, вот масса кинетического движения есть = 10−22 эВ/c2). Тогда можно считать материей только те, частицы, которые обладают массой покоя - и это уже "тяготеет" к теории о бозонах Хиггса (вот у него как раз есть масса покоя = 125,26±0,21 ГэВ/c2)
Если же философствовать - то под элементами можно считать все частицы материального мира вокруг нас - то есть всё то, что так или иначе напрямую (а не косвенно) можно засечь различными детекторами. Тогда фотоны - это материальны частицы - они прекрасно засекаются детекторами фотонов и вообще много с чем могут взаимодействовать и ими можно управлять.
Тогда правильно было бы задать - что же является частью нематериального мира?
Религии часто относят к этому душу. Но, возможно, это просто пока ещё от недостатка знаний - просто наука ещё не "подмяла под себя" и не дала формулы взаимодействия для всего того духовного или магического, что часто описывается с сакраментальных духовных трактах.
Да и умирающих людей уже взвешивали - после смерти они теряли в весе около 56 грамм (измерения достаточно точные, не это не означает, что в тех опытах всё-таки что-то не упустили).
Так что возможно философский вопрос не имеет корректного ответа. И тогда нужно пока довольствоваться только ответом из физики. Тогда фотоны не материалы, так как у них нет массы покоя.
Хотя, если, скажем, следовать теории струн - то там все частицы не материальны - так как не имеют ни массы ни плотности - а их размеры описываются линейной величиной - и по факту остаётся от них чистая энергия - их колебательного процесса.
Можно пофилософствовать и в другом направлении - что весь наш мир вообще не материален - и представляет собой лишь голографическую проекцию, виртуальную реальность и т.п. Но это пока не доказуемо. Хотя теории и на этот счёт есть. Может со временем и технологии дорастут, чтобы доказать или опровергнуть эти соображения с достаточной степеней вероятности
Polunochnik
есть интересная дискуссия ученых физиков на тему о том что наш мир это симуляция.
мне на дают покоя озвученный там момент про коды корректирующих ошибок в уравнениях кварков и лептонов.
LordDarklight
Пока это лишь теории. Которые даже математически смоделировать невозможно. Вероятно когда-нибудь кто-то решит этот вопрос с иной стороны - просто смоделировав новую вселенную - как, скажем, в фильме "13 этаж" - это пусть и не 100% но весомое было бы доказательство того, что наша вселенная может быть тоже смоделирована. Но проверить изнутри это может и не быть никакой возможности, пока не будет явной предпосылки извне
Lsh
А есть ли разница в том, является ли мир симуляцией или нет? На мой взгляд без разницы. В любом случае мы находимся только внутри этого мира, что в симуляции, что в теориях о множественных вселенных. Т.е. выйти за пределы нельзя. В любом случае наш мир работает на математике. Важно ли, является ли математика неотъемлемым свойством мира или она обсчитывается чем-то таким, что имеет другую природу? Мне кажется - нет.
Кстати, браёстры Вачёвски скоро уже в 4-й раз будут рассказывать идею "ложки не существует". Может они что-то знают?
LordDarklight
Это важно понимать. Такие знания полезны - они помогает лучше устраивать свою жизнь в этой вселенной - чем бы она не была. А так же думать о том, чтобы создать свои собственные вселенные - что тоже может быть весам полезно. Это и есть смысл жизни - познание и созидание (иногда через разрушение)!
SerjV
Если упростить пояснение, то потому что где-то перемешались "вещество" и "материя" (причём на уровне языка), а философия еще и добавила от себя терминологических нюансов.
В результате в физике у нас есть вещество=материя с одной стороны, и поле - с другой, но с философской точки зрения и то, и то - материя.
zaiats_2k
Свет это материя. А превращают его в данном случае в вещество. Переводчику и научному редактору - позор.
SerjV
Статья по физике, а не по философии же... А с т.з. физики всё корректно. Проблема возникает из-за того, что термин "материя" у читателя ассоциируется с философией.
zaiats_2k
Именно с точки зрения физики некорректно. Свет - это тоже материя с т.з. физики.
ingegnere
наверно кому-то страшно даже предположить, что он может существовать вне сознания.