Виртуальные частицы. Выдумка, без которой ученые не могут понять, как устроена Вселенная
Виртуальные частицы могут помочь объяснить, как работают черные дыры (Фото: SXS, CC BY-ND)
Физики используют понятие виртуальных частиц, чтобы объяснить, как взаимодействуют настоящие частицы во Вселенной. Хотя эти частицы на самом деле не существуют, без них невозможно описать, как работают силы природы — электромагнитная, сильная и слабая ядерные.
Виртуальные частицы — это не объекты, которые можно увидеть или зафиксировать приборами. Это математический инструмент, созданный физиком Ричардом Фейнманом, чтобы понять, как настоящие частицы взаимодействуют между собой.
Несмотря на то, что их невозможно наблюдать, расчеты с использованием этих частиц дают настолько точные результаты, что совпадают с экспериментами до 12 знаков после запятой. Это точность, подобная измерению расстояния между полюсами Земли с погрешностью меньше толщины волоса.
Именно поэтому некоторые ученые задаются вопросом: если этот инструмент настолько точен, возможно, виртуальные частицы каким-то образом действительно существуют?
Физики описывают виртуальные частицы как своеобразную систему «учета» сил. Вместо того чтобы напрямую измерять, как действуют силы, они считают, что недолговременные виртуальные частицы переносят энергию между настоящими частицами. Это помогает объяснить, как сила может действовать даже через пустое пространство.
Например, когда два электрона отталкиваются, физики считают, что они «обмениваются» виртуальными фотонами — частицами электромагнитной энергии.
Или другой случай — эффект Казимира: когда две металлические пластины размещены очень близко друг к другу в вакууме, они притягиваются. И этот эффект также можно точно объяснить с помощью расчетов с использованием виртуальных частиц.
То же самое касается излучения Хокинга — явления, когда на границе черной дыры могут появляться пары виртуальных частиц. Если одну из них поглощает черная дыра, а другая убегает, черная дыра постепенно теряет массу.
Физики пока не пришли к согласию, можно ли считать эти частицы «настоящими». Одни считают их лишь удобным способом описания процессов, другие — возможным намеком на более глубокие законы природы.
Автор статьи, профессор ядерной физики из Университета штата Миссисипи Дипанкар Дутта, объясняет:
«Мы не можем увидеть виртуальные частицы, но без них наши расчеты не совпадали бы с тем, что мы наблюдаем в реальном мире».
Он добавляет, что даже если виртуальные частицы — лишь математическая выдумка, они остаются незаменимыми для описания фундаментальных сил — от магнитных полей до поведения черных дыр.
В итоге виртуальные частицы остаются парадоксом современной физики: их не существует, но без них наука не может объяснить, как работает Вселенная.
