A tér mely tulajdonságai miatt jelennek meg virtuális részecskék benne?

A protonokban (és az atommagban) kvarkok vannak, de ezekről aztán tényleg nagyon nehéz megmondani, hogyan töltik ki a teret. Az atom belsejét pedig az elektronok töltik ki - nagyjából úgy, mint a felhők, csak ezek erősen változó sűrűségű felhők. Az atomban az elektronok NEM kis golyók.

A térben a Planck-határozatlanság miatt jelennek meg virtuális részecskék, mivel az nem fordulhat elő, hogy a tér minden pontjában hosszú ideig nulla az impulzus. Az ugye akkor teljesen határozott lenne.

ELKÉPZELHETŐ, hogy a mi terünkön kívül, tehát a semmiben ez nem érvényes, és ott nincsenek virtuális részecskék sem.

Azon filózol, amin már nagyon régen is töprengtek tudósok:

[link]

A tér nem fizikai természetű, hanem egy absztrakt fogalom. A tárgyaknak – akár részecskéknek – van egy speciális tulajdonsága, nevezzük ez pozíciónak. A tér nem más, mint az a matematikai absztrakció, amin keresztül ezen tulajdonságok mérhetővé válnak, definiálhatók benne olyan tulajdonságok, mint távolság, irány, szög, terület, térfogat stb…

Persze a térnek, mint absztrakciónak is vannak tulajdonságai, van pl. görbülete, tágulhat, meg van neki topológiája.

Ugye a sebesség a newtoni fizikában is egy relatív mennyiség volt. Mekkora a kalauz sebessége? A vonathoz képest mondjuk 3 km/h, a töltéshez képest meg mondjuk 72 km/h, a szembe robogó vonathoz képest meg 153 km/h. Mindegyik viszonyítási rendszer, a viszonyítási rendszerek egyenértékűek, nincs kitüntetett viszonyítási rendszer, nincs egy abszolút tér.

Itt jött be két zavarba ejtő probléma. Egyrészt megmérték a fény sebességét sokféle módszerrel, és mindig azonos értéket mértek, függetlenül attól, hogy a fényt kibocsátó, vagy azt elnyelő valami milyen sebességgel mozog. Másrészt megjelent egy sebesség az elektromágneses tér leírásában is, csak mindenféle viszonyítási rendszertől függetlenül. Ekkor vetődött fel a modern fizikában az az elképzelés, hogy talán mégis van egy abszolút viszonyítási rendszer, egy abszolút tér, amit kitölt egy semmi mással kölcsönhatásba nem lépő anyag, az éter, és a fény ehhez képest mozog fénysebességgel. Felvetődött a kérdés, hogy ha létezik ilyen abszolút tér, akkor mondjuk a Föld milyen sebességgel mozog ehhez képest. Ennek megmérését volt hivatott elvégezni a Michelson–Morley-kísérletet, ami azt találta, hogy nem, nincs ilyen abszolút tér, a fénysebesség mindenhez képest fénysebességgel mozog.

Ezután jött Einstein, aki komolyan vette a kísérleti eredményeket, és geometriai megközelítéssel próbált egy konzisztens rendszert alkotni, amiben a fénysebesség mindenhez képest állandó, viszont kis sebességnél a newtoni fizika törvényei is érvényesek maradnak. Ez volt a speciális relativitáselmélet, aminek viszont következménye lett az is, hogy a tér azon tulajdonságai sem abszolútak, amiket addig annak gondoltunk. A newtoni fizikában a sebesség relatív mennyiség, de a távolság és időtartam nem az, ami 2 méter, illetve 2 másodperc az a newtoni fizikában az egyik, a másik, meg a harmadik megfigyelő számára is 2 méter, illetve 2 másodperc. Nos a relativitáselméletben nem.

A térre tehát sok szempontból nem tekinthetünk úgy, mint anyagi természetű dologra, a tér csak matematikai absztrakció, amin keresztül egy viszonyítási rendszerből számszerűsíthető valaminek a helyzete, illetve meghatározható két test távolsága.

> Kérdésem, hogy melyek ezek a részecskék, melyek alkotják a teret? Úgy is mondhatnám, hogy miből áll a tér, Mi is a tér valójában? Mi alkotja a tér szövetét? Ez a mindent kitöltő anyag, vagy a térnek van egy külön anyaga is?

Mi alkotja a számegyenes „szövetét”? Mert a számegyenes is egy tér, csak éppen egy egydimenziós tér. Nyilván nem a grafit, amivel rajzoltad, mert az nem „alkotja” a számegyenest, hanem csak elhelyezkedik rajta. A válasz az, hogy nem alkotja semmi, mert nem anyagi természetű dolog, nincsenek alkotóelemei, mert az egész egy elvont matematikai konstrukció.

~ ~ ~

A vákuum az már más tészta. A vákuum az anyag hiánya klasszikus fizikai megközelítésben. De kvantumfizikai szempontból ez így nem teljesen igaz. Egyrészt tökéletes vákuum nem hozható létre. Nem csak azért, mert nem lehet minden atomot eltávolítani egy zárt térből, hanem mert mindenféle elektromágneses hullámok haladnak keresztül-kasul a vákuumon, meg neutrínók tömkelege. Ha még tökéletesen sikerülne is elszigetelni egy térrészt, a szigetelést adó fal is bocsát ki (elektromágneses) sugárzást, ezért sincs tökéletes vákuum.

De a virtuális részecskék – legalábbis ahogy most tart a fizika – nem ebből fakadnak. Werner Heisenberg mutatott rá, hogy vannak olyan tulajdonságpárok, amik közül mindkettő nem ismerhető meg teljes pontossággal, még elméleti szinten sem, 0 hibahatárú műszerekkel sem. Ez az un. határozatlansági reláció:

σ[x] * σ[p] ≥ ℏ/2

(x a hely, p az impulzus, σ meg ezeknek a szórása, ℏ meg a redukált Planck állandó)

Ennek az alkalmazása történt meg elméletben a vákuumállapotra, aminek elméletileg az energiája nulla, így pl. nem tartalmaz anyagi részecskéket. (Az energia tulajdonképpen egy relatív mennyiség, amit a vákuum energiaszintjéhez képest mérünk.) Csakhogy ha elkezdünk hűteni egy anyagot, akkor annak csökken a mozgása, és fixálódik a pozíciója. Azaz egy bizonyos fok alatt egyszerre meghatározható lenne a részecske sebessége és helyzete, a határozatlansági reláció miatt viszont a kettő nem ismerhető meg bizonyos pontosságon belül. A részecskéknek van egy nullponti energiája, ami a határozatlansági relációból fakad. Ha nem lenne igaz a határozatlansági reláció, a részecske abszolút nulla fokra hűtve megszűnne létezni. Ez viszont nem következik be, nem lehet lehűteni semmit abszolút nulla fokra, mert a részecskéknek megmarad ez a nullponti energiája.

Hipotetikusan lehet ezt a megfontolást alkalmazni a vákuumállapotra. Ekkor a vákuum energiája valóban a legalacsonyabb energia, amit el lehet érni, viszont a határozatlansági reláció miatt létrejöhetnek virtuális részecskék, de csak meghatározott ideig. Ezekre igaz, hogy

ΔE*Δt ≥ ℏ

Persze ez csak hipotézis, de a kísérletek megerősítették, hogy valóban létrejönnek ilyen virtuális részecskék, amelyek szerepet is játszanak bizonyos jelenségek során.

~ ~ ~

> Azaz, az atommag és a elektronhéj közötti relatív hatalmas térben is hemzseg za anyag, mely alkotórészei nyilván sokkal kisebbek magánál az atommagnál is.

Ilyen jellegű megfontolások bukkannak fel korai ezoterikus tanokban. De az egész abból fakad, hogy a kvantumfizika világát valaki a klasszikus fizikai ismeretein keresztül próbálja értelmezni. Ebből csak zagyvaságok jöttek ki mindig is.

Az elektron nem körpályán kering az atommag körül. Nem is működne a dolog, hiszen egy mozgó töltés elektromágneses sugárzást bocsátana ki, kölcsönhatások révén energiát veszítene és belezuhanna az atommagba. Persze a kémiában előszeretettel használják ezt a fajta atommodelt – nevezzük nevén, a Bohr-féle atommodellt –, mert a legtöbb kémiai folyamat magyarázatául teljesen megfelel. De a kémia tankönyvekben is benne van, hogy ez csak egy modell, egy meghaladott modell, a valóságban az elektron nem egy adott helyen tartózkodik, hanem hullám természetű, egyszerre van jelen a tér különböző pontjain, különböző valószínűséggel. Tehát az elektron tulajdonképpen kitölti azt a látszólag üres teret, ami a Bohr-féle atommodellben üres tér.

Lásd a hidrogén elektronjának tartózkodási helyének valószínűsége különböző energiaszinteken: [link]

Vagy lásd az elektronpályák alapját:

[link]

Még ez is csak egy egyszerűsített vizualizációja a különböző elektronpályáknak:

[link]

Ezek után nehéz azt mondani, hogy az atom „üres” lenne.