Spørgsmål:
Findes tyngdekraften i et vakuum?
user4779
2015-04-19 10:25:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Min forståelse har altid været, at det gør det fra konventionelle naturvidenskabskurser, men jeg tænkte virkelig over det og spekulerede på, om dette virkelig er tilfældet.

Efter min begrænsede forståelse er der en teori om, at der er tyngdekrafter, der fungerer som partikler for at trække to forskellige masser sammen. Hvis disse tyngdekrafte virkelig er de fysiske tyngdepartikler, så ville et såkaldt "vakuum", der havde tyngdekraft, slet ikke være et vakuum. Et ægte vakuum skal mangle disse partikler, og dermed mangler tyngdekraften?

Noget i vakuumet skal så implodere på grund af dets egen tyngdekraft i sig selv? Hvis dette er tilfældet, kan vi sige i et ægte vakuum, findes der ikke ekstern tyngdekraft?

Jeg er ikke sikker på, at jeg forstår det sidste punkt om implosion;hvis du placerede en planet i et univers, der var helt tomt, ville du ikke forvente, at planeten imploderede, fordi dens eget indre tryk ville være lig med tyngdekraften, der trykker indad
Selvom kun klassiske modeller overvejes, vil du sige, at lys pr. Definition ikke kan krydse et vakuum, for hvis det gjorde det, ville det såkaldte vakuum indeholde fotoner ("corpuscles" som Newton kaldte sine teoretiske lyspartikler) under transit?Hvis du definerer det sådan, er det bare en måde, hvorpå der ikke er noget som et vakuum ...
Da jeg gik i gymnasiet, lagde en lærer en gummikugle og en fjer i et klart plastrør.Han vippede røret frem og tilbage, og vi så bolden falde hurtigt, mens fjederen gled langsomt ned.Han forseglede derefter enderne af røret og brugte en pumpe til at fjerne (næsten) al luft inde.Han vippede røret frem og tilbage igen, og kuglen og fjeren faldt side om side i samme hastighed.Ok, så røret var ikke et 100% fuldstændigt vakuum, og tyngdekraften, der virkede på kuglen og fjeren, kom fra jorden, som ikke var i røret.Men nogle gange går disse enkle små demoer langt.
@cobaltduck - Jeg tror, at hvad han kommer til, er, om et vakuum overhovedet skal indeholde partikler, ikke engang teoretiske masseløse tyngdekrafter.Din gymnasielærer var sandsynligvis ikke i stand til at suge alle gravitoner ud af kammeret (og omgav det sandsynligvis ikke med et tyngdekraftsblokerende skjold for at forhindre gennemkørsel fra tyngdekraften).Som du sagde, var gymnasielaboratorieudstyret ikke engang i stand til at opnå et meget stærkt vakuum, så mange luftmolekyler blev efterladt inde i kammeret (men ikke nok til at forstyrre eksperimentet).
Selv uden at overveje tyngdekraften og bruge en klassisk model, skal du overveje nøjagtigt, hvad du anser for at være "tyngdekraften": feltet eller den accelererende * effekt * af feltet?Feltet påvirker kun stof, så i et ideelt vakuum ville der ikke være noget, som feltet kunne påvirke, så feltet ville ikke kunne detekteres, og ingen accelereret indflydelse på grund af tyngdekraft ville blive observeret.Men formodentlig hvis materie spontant skulle dukke op i vakuumet, ville det blive påvirket af marken (og ville skabe sit eget felt) - derfor kan feltet siges at "eksistere" i en eller anden forstand.
Syv svar:
Geoff Ryan
2015-04-19 11:41:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Din intuition er god, men du blander nogle kvante- og klassiske fænomener.

I klassisk (dvs. ikke-kvante) fysik er et vakuum et område af rummet uden betydning. Du kan have elektromagnetiske felter i et vakuum, så længe de ladninger, der skaber felterne, er i en anden region. På samme måde kan du have tyngdekraftsfelter i et vakuum, genereret af masser et andet sted i rummet. I denne klassiske beskrivelse af universet er der ikke sådanne ting som fotoner eller gravitoner, og alt fungerer (for det meste).

I kvantefysik er historien ikke så let. Som du siger, er vores kraftfelter nu også partikler (fotoner og gravitoner), så måske skulle et "kvantevakuum" heller ikke omfatte dem? Desværre viser det sig, at det i kvantemekanik (som rob påpegede) er umuligt at have et perfekt vakuum, en tilstand uden partikler overhovedet. En måde at se dette på er gennem energitids usikkerhedsprincippet: $ \ Delta E \ \ Delta t > \ hbar / 2 $.

Et perfekt vakuum, en tilstand uden partikler overhovedet, skal have nøjagtigt nul energi. Hvis energien er nøjagtigt nul, er den helt sikker, og $ \ Delta E = 0 $, der overtræder usikkerhedsprincippet. Så kvantevakuumet er ikke en tilstand med nul partikler, det er en tilstand med sandsynligvis nul partikler. Og i forskellige situationer kan det være nyttigt at ændre din definition af "sandsynligvis", så der er mange forskellige ting, som fysikere vil kalde et "vakuum" i kvantemekanik.

Denne idé, at der kvantemekanisk altid er nogle partikler rundt i enhver region i rummet, har nogle seje konsekvenser, som vi har verificeret i laboratoriet! Den ene er Casimir-effekten. Dette er en kraft, der dukker op, når du bevæger to objekter i et vakuum så tæt sammen, at trykket fra disse "virtuelle" fotoner får dem til at tiltrække. En anden er den partikel, de opdagede ved LHC, Higgs Boson. Higgs-feltet har en "vakuumforventningsværdi", et perfekt kvantevakuum vil have et Higgs-felt, der ikke er nul, igennem det. Excitationer af dette felt er de Higgs-partikler, der findes ved LHC!

Nogle gode svar her, tak til alle.Jeg forstår nu, at vakuum kan være relativ afhængigt af konteksten og ikke behøver at være en absolut ting af intet.Undskyld for manglen på opstemninger, da jeg mangler rep.
Mange af ideerne i dette svar er nyttige, men mange af dem er ikke helt rigtige.For det første er tidsenergiusikkerhedsprincippet ofte en glat ting, der skal fastgøres ordentligt og kan ikke anvendes til at få konklusionerne her: Vakuumet er faktisk en energitilstand pr. Definition, så det har en nøjagtig energi (dog ikkeet nøjagtigt partikelantal i en interagerende teori).[Bortset fra: dette er ikke at sige noget om Hamiltonens sædvanlige finesser i kvantegravitation ...] Også Higgs-tingene forveksler feltet (med en ikke-nul VEV) med partiklen (udsving væk fra denne værdi).
@Holographer, Jeg kunne ikke være mere enig.Jeg sigtede efter et mere intuitivt svar end streng, men burde have taget mere forsigtighed.Jeg opdaterede Higg's diskussion, har du nogle forslag til at rydde op eller erstatte energitids usikkerhedsargument?
John Rennie
2015-04-19 11:40:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Gravitonen er det hypotetiske måleboson, der er forbundet med tyngdefeltet. Jeg siger hypotetisk fordi det er langt fra klart, om tyngdekraften kan beskrives med en kvantefeltteori, så det er ikke klart, om tyngdekrafter er en nyttig beskrivelse.

Under alle omstændigheder , skal du ikke tage forestillingen om virtuelle partikler som graviton for alvorligt. se på Matt Strasslers artikel om virtuelle partikler. Virtuelle partikler er egentlig bare en matematisk enhed til at beskrive energien i kvantefelter. Så selvom tyngdekraften er en god beskrivelse af tyngdekraften, skal vi ikke se vakuumet som fyldt med tyngdekraft og derfor ikke rigtig et vakuum.

Lad os for eksempel antage, at vi lægger en ladet partikel i et vakuum. Vil du hævde, at vakuumet ikke er et vakuum, fordi der er et elektrisk felt i det? Hvis ja, bliver du også nødt til at sige, at vakuumet nær en massiv krop ikke er et vakuum, fordi der er et tyngdefelt i det. Selvom jeg formoder, at der er en vis gyldighed af denne påstand, virker den alt for nidkær.

"vil du hævde, at vakuumet ikke er et vakuum, fordi der er et elektrisk felt i det?"Nej ... Jeg vil hævde, at det ikke er et vakuum, fordi du lægger en ladet partikel i det.
@PaddlingGhost: men feltet skabt af en ladet krop strækker sig ind i vakuumet omkring det.
user78040
2015-04-19 11:15:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Du forveksler simpelthen vakuum med "intet", som er et filosofisk begreb. Du kan kontrollere definitionen på wiki

Vakuum er rum, der er blottet for stof. Ordet stammer fra det latinske adjektiv vacuus for "ledig" eller "ugyldig". En tilnærmelse til et sådant vakuum er et område med et gasstryk, der er meget mindre end atmosfærisk tryk. [1] Fysikere diskuterer ofte ideelle testresultater, der ville forekomme i et perfekt vakuum, som de undertiden ganske enkelt kalder "vakuum" eller frit rum og bruger udtrykket delvis vakuum til at henvise til et faktisk ufuldkommen vakuum, som man måtte have i et laboratorium eller i rummet.

Der er forskellige teorier, der forsøger at forklare gravitey (krumning af rumtid, graviton osv.), men ifølge ingen af ​​denne tyngdekraft eller gravitoner kan betragtes som stof

Kunne du tilpasse dette svar til faktisk at besvare spørgsmålet?Du har slet ikke talt om tyngdekraften her.
rob
2015-04-19 10:36:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

I kvantemekanik er det umuligt at fjerne alle partiklerne fra et vakuum. Et rumfang, der kun indeholder fotoner og gravitoner i termisk ligevægt (eller ej) lyder som et perfekt godt vakuum for mig.

Jaywalker
2015-04-19 14:00:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Et perfekt vakuum eksisterer aldrig som nævnt i flere andre kommentarer. Alle "messenger-partikler" er udsving i deres respektive felter (f.eks. Tyngdekraften et sted i tyngdefeltet, der har en ikke-nul energiværdi). Alle felter er udsat for kvantesvingninger, i det væsentlige har de sjældent ingen energi på et tidspunkt, men udsvingene i gennemsnit er nul (det vil sige for de fleste felter, andre som det foreslåede Higgs-felt har muligvis ikke-neglisible energiværdier på deres laveste Da gravitonen også kan beskrives som en bølgefunktion (ligesom lys; der er teoretisk noget som tyngdekraftsbølger, der vrider rumtid). Dette og pointen, der blev gjort tidligere, er et bevis på, at der ikke er noget, der hedder et perfekt vakuum. Det, der kan gøre situationen lidt mere kompliceret, er strengteori, der forudsiger, at tyngdekraften er en tæt sluttet streng, hvilket antyder dens evne til at interagere med mere end vores tre rumlige og engangsdimension. (Alle oplysninger opsummeret fra Brian Greens Stof af kosmos

Guill
2015-04-22 08:01:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeg mener, at en del af problemet ikke har en klar definition af "vakuum."
Jeg kan tænke på mindst tre typer vakuum. 1) absolut 2) konventionelt & 3) " praktisk " vakuum. Det praktiske vakuum er den type, du finder i et "laboratorium". Det konventionelle vakuum er det, der defineres som "fravær af stof." Det absolutte vakuum eksisterer ikke, bortset fra "teoretisk."
Brug af de praktiske og konventionelle definitioner for vakuum er svaret på spørgsmålet ja , tyngdekraften findes i disse typer vakuum. For den absolutte definition er svaret nej , fordi intet findes (ikke engang felter, fotoner, udsving, tyngdekraft osv.).

ziggy
2015-04-19 11:39:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ja, tyngdekraften findes i et vakuum. Et vakuum behøver ikke at være fuldstændigt blottet for stof, det skal bare have et lavere tryk end området omkring det.

syringe without needle

Overvej sprøjten ovenfor. Hvis jeg skulle lægge fingeren over enden og derefter trække i stemplet, ville der opstå et ufuldstændigt vakuum. Hvis der var en solid masse i sprøjtehulen, ville den stadig adlyde tyngdekraften.



Denne spørgsmål og svar blev automatisk oversat fra det engelske sprog.Det originale indhold er tilgængeligt på stackexchange, som vi takker for den cc by-sa 3.0-licens, den distribueres under.
Loading...