Неіснуючі частинки можуть стати ключем до розуміння реального світу: що кажуть фізики

Розрахунки з використанням віртуальних частинок передбачають дивну поведінку субатомних частинок з такою разючою точністю, що деякі фізики вважають, що вони дійсно існують. Віртуальні частинки не є реальними. Але для того, щоб зрозуміти, як реальні частинки взаємодіють одна з одною, без них не обійтися. Віртуальні частинки є найважливішими інструментами для опису трьох головних сил природи або взаємодій: електромагнітної, сильної та слабкої, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Реальні та віртуальні частинки

Реальні частинки являють собою згусток енергії, який можна побачити за допомогою відповідних приладів. Саме це робить ці частинки реальними. Віртуальні частинки є математичним інструментом, які неможливо побачити. Фізик Річард Фейнман винайшов їх для опису взаємодії між реальними частинками.

Хоча фізики не можуть їх виявити, віртуальні частинки допомагають розібратися із взаємодією між субатомними частинками з високою точністю. Деякі вчені навіть припускають, що цей математичний інструмент може існувати в реальності.

Віртуальні частинки фізики використовують для того, щоб зрозуміти, як діють сили природи в субатомному світі. Сили реальні, тому що їх можна виміряти. Але замість того, щоб намагатися розрахувати сили безпосередньо, фізики використовують систему обліку, в якій віртуальні частинки переносять силу. Віртуальні частинки спрощують розрахунки і розв'язують давню проблему фізики: як сила діє в порожньому просторі?

Однією з важливих переваг віртуальних частинок є можливість візуалізації математичних операцій, що описують взаємодію між частинками, у вигляді діаграм. Ці діаграми надають віртуальним частинкам оманливої реальності.

Експеримент із протонами та електронами

Уся матерія складається з атомів. Вони складаються з позитивно заряджених частинок — протонів, які оточені негативно зарядженими частинками — електронами. Фізики з Університету штату Міссісіпі проводять експерименти, часто засновані на ідеї про те, що електрони і протони взаємодіють, обмінюючись віртуальними частинками.

Нещодавно фізики дуже точно виміряли розмір протона, бомбардуючи атоми водню пучком електронів. Цей вимір передбачає, що електрони можуть "відчувати" протон у центрі атома водню, обмінюючись віртуальними фотонами, тобто частинками електромагнітної енергії. Фізики використовують віртуальні частинки для розрахунку відштовхування двох електронів з винятковою точністю. Діючі сили являють собою сумарний ефект обміну віртуальними фотонами двох електронів.

Незалежно від того, існують віртуальні частинки насправді чи ні, математичні розрахунки точно передбачають те, що фізики спостерігають у реальному світі.

Чи можуть неіснуючі частинки бути реальними?

Але чи може цей математичний інструмент стати реальністю? Якщо можна ідеально передбачити все про силу, уявивши, що її переносять віртуальні частинки, чи можна вважати ці частинки реальними? Фізики розходяться в думках щодо цих питань.

На даний момент віртуальні частинки є найкращим способом описати поведінку реальних частинок. Але фізики розробляють альтернативні методи, які взагалі не потребують їх. У разі успіху ці підходи можуть призвести до остаточного зникнення віртуальних частинок.

Віртуальні частинки є дивовижним парадоксом сучасної фізики. Вони не повинні існувати, але при цьому незамінні для розрахунків поведінки реальної матерії та реальних об'єктів. Вони являють собою серйозну дилему, адже іноді найкраще розуміння реальності досягається завдяки ілюзії.

Як уже писав Фокус, космічний телескоп Вебб вісім разів довів, що Ейнштейн мав рацію. На нових фотографіях показано вісім прикладів гравітаційного лінзування. Це явище вперше передбачив фізик Альберт Ейнштейн понад 100 років тому.