Нулевое состояние полей

[masha-90]

Благодаря этому форуму я узнала много нового, за что большое спасибо всем.

В квантовой теории поля элементарные частицы и кванты взаимодействия рассматриваются как локальные возбуждения разных полей (если ошибаюсь, поправьте). Нулевое состояние поля есть его вакуум, то есть в нем нету ни одного возбуждения. Где-то в этом форуме прочитала, что пространство есть некая абстракция, с помощью которой воспринимаются метрические и иного рода отношения между частицами: иными словами, пространство, как нечто физически реальное, не существует. Если же поля находятся в нулевом состоянии, то 1) отсутствуют частицы и кванты взаимодействия, а значит 2) отсутствует пространство? Я правильно понимаю?

[Someone]

Там виртуальные частицы существуют.

Да и вообще, если поле есть, хотя бы и нулевое, то это уже не просто абстрактное пространство.

[Sergey K]

я учебник процитирую, Иванов, "как понимать квантовую механику".

обычно считают, что вакуум это пустота, в которой все поля обращаются в нуль. Однако в квантовой теории на разные компоненты физических полей мы можем написать соотношения неопределенностей, как для координаты и импульса. Таким образом, классический вакуум не может существовать, а в реальном пространстве всегда есть некоторые неустранимые неопределенности физических полей, которые не могут обратиться в нуль.

С этими неопределенностями связана ненулевая средняя энергия, которую можно приписать постоянно рождающимся из ничего и исчезающим в никуда виртуальным частицам, которые рождаются и аннигилируют в вакууме на временах, позволяемых соотношением неопределенности энергия-время.

Таким образом, в пустоте, «в которой ничего нет», на самом деле что-то происходит, это «что-то» имеет ненулевую энергию, и что такое вакуум становится вообще непонятно. Вакуум можно определять по-разному. Причем эти определения не всегда сходятся между собой.

Из общей теории относительности приходят такие эквивалентные определения:

• Вакуум-1 — это среда, движение относительно которой невозможно обнаружить.

Физики могли бы назвать вакуум «эфиром», в духе электродинамики XIX века, но так не делают, чтобы избежать чрезмерно механистических аналогий, связанных со старыми теориями эфира.

Из квантовой теории поля приходят такие неэквивалентные определения:

• Вакуум-2 — это состояние квантованного поля, в котором отсутствуют
возбуждения (частицы или квазичастицы).
• Вакуум-3 — это состояние квантованного поля с минимальной энергией.

Таким образом, мы располагаем по крайней мере тремя неэквивалентными определениями вакуума. Если вакуум-2 или вакуум-3 не соответствует вакууму-1, то он явно
противоречит теории относительности. Такой вакуум не годится на роль вакуума фундаментальной теории, но он может появляться в теориях конденсированного состояния как некоторое фоновое состояние среды, по которому распространяются различные возбуждения (частицы или квазичастицы).

Если вакуум-2 не является вакуумом-3, то это означает, что мы выбрали неправильный вакуум (неправильный фон), случайные возбуждения делают это состояние неустойчивым, и оно самопроизвольно свалится в другое состояние с более низкой энергией. Выбор такого неправильного вакуума означает не только неправильное определение фона, по которому бегают возбуждения, но и неправильное определение самих этих возбуждений, раз они отсчитываются от неправильного фона. Выбирая неправильный вакуум, мы неправильно считаем сколько частиц присутствует в интересующем нас состоянии поля. Часто неправильный выбор вакуума связан с тем, что настоящий вакуум-3 менее симметричен, чем вакуум-2, и поэтому его сложнее найти. Такую ситуацию называют спонтанным нарушением симметрии.

Если вакуум-1 не является вакуумом-3, то его называют псевдовакуумом. Он может существовать какое-то время, воспринимаясь как настоящий вакуум, после чего спонтанно разрушится, высвободив избыток энергии в виде частиц, которые будут возбуждениями уже на фоне другого вакуума, с более низкой энергией. В современной теории Большого взрыва распад псевдовакуума связывают с завершением стадии инфляции (экспоненциального раздувания ранней Вселенной) и рождением во Вселенной вещества. Для того чтобы существовало состояние вакуум-3, необходимо, чтобы спектр возможных значений энергии квантованного поля был ограничен снизу. Для многих теорий эта ограниченность очевидна, но для гравитационного поля это не так. Гравитация описывает притяжение частиц, из-за чего гравитационная энергия, как правило, отрицательна.

Достигает ли она минимума, или может неограниченно уходить в область отрицательных значений? Поскольку у нас пока нет квантовой теории гравитации, ответа на этот вопрос мы пока не знаем. Если энергия гравитационного поля не ограничена снизу, то вакуум-3 вообще не существует. В этом случае может оказаться, что каждый очередной вакуум-1 — это на самом деле псевдовакуум, распад которого может порождать все новые и новые частицы (или даже Вселенные)

[masha-90]

Someone в сообщении #816588 писал(а):

Там виртуальные частицы существуют.

Если есть виртуальные частицы, но нету реальных, можно ли говорить про метрические отношения между такими частицами?

Someone в сообщении #816588 писал(а):

Да и вообще, если поле есть, хотя бы и нулевое, то это уже не просто абстрактное пространство.

Не поняла. Нулевое поле ведь означает отсутствие частиц. Отсутствие частиц=отсутствие пространства.

Можно ли говорить про состояние без каких либо полей? И можно ли отнести к полям такие пространственные понятия, как конечность или бесконечность?

[Sergey K]

Цитата:

Если есть виртуальные частицы, но нету реальных, можно ли говорить про метрические отношения между такими частицами?

виртуальные не значит не существующие

Цитата:

Не поняла. Нулевое поле ведь означает отсутствие частиц.

еще раз: в квантовой теории на разные компоненты физических полей мы можем написать соотношения неопределенностей, как для координаты и импульса. Таким образом, классический вакуум не может существовать, а в реальном пространстве всегда есть некоторые неустранимые неопределенности физических полей, которые не могут обратиться в нуль. С этими неопределенностями связана ненулевая средняя энергия, которую можно приписать постоянно рождающимся из ничего и исчезающим в никуда виртуальным частицам, которые рождаются и аннигилируют в вакууме на временах, позволяемых соотношением неопределенности энергия-время.

[masha-90]

Sergey K в сообщении #816627 писал(а):

виртуальные не значит не существующие

Понятно. Значит поле не может находиться в нулевом состоянии, насколько я поняла.

Повторяя вопросы, которые я задала выше: можно ли говорить про состояние без каких либо полей? И можно ли отнести к полям такие пространственные понятия, как конечность или бесконечность?

[Sergey K]

masha-90 почему же? поле нулевое, просто в нем постоянно происходят какие-то флуктуации, то что называют кипением вакуума.

Однажды я услышал такую аналогию (отнеситесь именно как к аналогии): это как озеро в долине. Озеро понимает, что поверхностью должно занимать некий минимальный уровень, но глаз у него нет и определить на том ли уровне поверхность оно не может. По этому по нему все время плещутся волны - не зная, что пересекает отведенную ему поверхность, оно растекается во все стороны, а попав куда не надо сразу откатывается назад, плещется. Ясно что в случае настоящего озера причина волн в ветре или ручьях с горы, но...

вопрос не понятен. может ли поле занимать бесконечный объем или что?

[masha-90]

Sergey K в сообщении #816644 писал(а):

вопрос не понятен. может ли поле занимать бесконечный объем или что?

Да. Может ли поле занимать бесконечный, или конечный объем?

[npduel]

masha-90 в сообщении #816581 писал(а):

Если же поля находятся в нулевом состоянии, то 1) отсутствуют частицы и кванты взаимодействия, а значит 2) отсутствует пространство? Я правильно понимаю?

Во-первых, Вы рано заговорили о множестве полей. Пока доказано существование нулевых колебаний у каждого поля, а не у множества полей и, тем более, не у всех полей.
Во-вторых, нулевое состояние каждого поля в физике вводится "здесь и сейчас", а не во всём материальном мире.
"Здесь" - это пространство, "сейчас" - время, поэтому хоронить их преждевременно.

[warlock66613]

npduel в сообщении #816670 писал(а):

Пока доказано существование нулевых колебаний у каждого поля, а не у множества полей и, тем более, не у всех полей.

А можно это расшифровать? Попытка записать эту фразу на языке логики (с кванторами) приводит к абсурду.

[masha-90]

npduel в сообщении #816670 писал(а):

Во-первых, Вы рано заговорили о множестве полей. Пока доказано существование нулевых колебаний у каждого поля, а не у множества полей и, тем более, не у всех полей.
Во-вторых, нулевое состояние каждого поля в физике вводится "здесь и сейчас", а не во всём материальном мире.
"Здесь" - это пространство, "сейчас" - время, поэтому хоронить их преждевременно.

warlock66613 в сообщении #816671 писал(а):

А можно это расшифровать? Попытка записать эту фразу на языке логики (с кванторами) приводит к абсурду.

Уважаемые, кто ни будь ответит на вопрос про пространственные свойства полей?

[npduel]

warlock66613 в сообщении #816671 писал(а):

А можно это расшифровать? Попытка записать эту фразу на языке логики (с кванторами) приводит к абсурду.

Ни логика, ни, тем более, кванторы не имеют ни малейшего отношения к процитированной Вами моей фразе. Но и я к это фразе имею лишь косвенное отношение, в части формулирования современного уровня физических знаний по данной теме. Теоретически и экспериментально доказано, что, если в некотором пространственно-временном "месте" нет реальных фотонов, то там наблюдаются виртуальные фотоны. Теоретически и экспериментально доказано, также, что, если в таком же "месте" нет реальных электронов и позитронов, то там наблюдаются виртуальные электронно-позитронные пары. Но пока никто даже не пробовал теоретически или экспериментально доказать, что, если нигде в мире нет реальных электронов и позитронов, это никак не скажется на фотонном вакууме.
Причём здесь логика с её абсурдами?

[masha-90]

npduel в сообщении #816706 писал(а):

Теоретически и экспериментально доказано, что, если в некотором пространственно-временном "месте" нет реальных фотонов, то там наблюдаются виртуальные фотоны. Теоретически и экспериментально доказано, также, что, если в таком же "месте" нет реальных электронов и позитронов, то там наблюдаются виртуальные электронно-позитронные пары.

Интересно. А это значит, что невозможно "место", в котором ничего нету?

[warlock66613]

npduel в сообщении #816706 писал(а):

Но пока никто даже не пробовал теоретически или экспериментально доказать, что, если нигде в мире нет реальных электронов и позитронов, это никак не скажется на фотонном вакууме.

Теперь я понял что вы имели в виду. На это можно заметить только то, что на самом деле все частицы виртуальные, так что мы уже имеем описанную вами ситуацию: нигде в мире нет реальных электронов и позитронов, это просто идеализация.

[masha-90]

warlock66613 в сообщении #816713 писал(а):

На это можно заметить только то, что на самом деле все частицы виртуальные, так что мы уже имеем описанную вами ситуацию: нигде в мире нет реальных электронов и позитронов, это просто идеализация.

А что есть?