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Uma ferramenta matemática inteligente chamada partículas virtuais Desvende o estranho e misterioso funcionamento interno das partículas subatômicas. Sem esta ferramenta, o que acontece com essas partículas dentro dos átomos é inexplicável. Cálculos usando partículas virtuais previram o comportamento bizarro de partículas subatômicas com uma precisão tão impressionante que alguns cientistas acreditam que “elas devem realmente existir”.
As partículas virtuais não são reais – como o próprio nome sugere – mas são inevitáveis se você quiser entender como as partículas reais interagem. São ferramentas importantes para descrever três forças encontradas na natureza: eletromagnetismoe forte e núcleo fraco força.
Partículas reais são pedaços de energia que podem ser “vistos” ou detectados por instrumentos apropriados; esta característica os torna observáveis ou reais. As partículas virtuais, por outro lado, são ferramentas matemáticas complexas e invisíveis. físico Richard Feynman Eles foram inventados para descrever as interações entre partículas reais.
Mas muitos físicos não acreditam nesta distinção rígida. Embora os pesquisadores não consigam detectar essas partículas virtuais, como ferramentas computacionais elas Preveja muitos efeitos sutis Experimentos ultrassensíveis provaram ter precisão de 12 casas decimais. Essa precisão é como medir a distância entre o Pólo Norte e o Pólo Sul, melhor do que a largura de um fio de cabelo.
Esta consistência entre medições e cálculos faz das partículas virtuais uma das ideias mais minuciosamente examinadas na ciência. Isto forçou alguns físicos a perguntar: Podem as ferramentas matemáticas tornar-se uma realidade?
Partículas virtuais são ferramentas que os físicos usam para calcular como as forças atuam no mundo microscópico e subatômico. Essas forças são reais porque podem ser medidas.
Mas em vez de tentar calcular a força diretamente, os físicos usam um sistema de contabilidade no qual partículas virtuais de vida curta carregam a força. As partículas virtuais não apenas tornam os cálculos mais gerenciáveis, mas também resolvem uma questão antiga da física: como as forças agem no vácuo?
Utilização de partículas virtuais A ambigüidade natural do mundo subatômicose essas partículas de vida curta existirem por um tempo suficientemente curto, elas também poderão existir brevemente Emprestando energia do vácuo. Ambiguidade no balanço energético Esconde esse desequilíbrio temporárioque permite que partículas virtuais afetem o mundo real.
Uma das grandes vantagens desta ferramenta é que as operações matemáticas que descrevem as forças entre as partículas podem ser visualizadas como gráficos. Eles se parecem com bonecos de partículas virtuais jogando pingue-pongue. Esses gráficos – são chamados Diagrama de Feynman – fornecem uma excelente estrutura intuitiva, mas também dão às partículas virtuais uma aura enganosa de realidade.
Surpreendentemente, esta abordagem computacional baseada em partículas virtuais produziu as previsões mais precisas de toda a ciência.
verificação da realidade
Toda matéria é composta de blocos de construção básicos chamados átomos. Os átomos são compostos de pequenos átomos Partículas carregadas positivamente chamadas prótons Encontrado em seu núcleo, cercado por menores Partículas carregadas negativamente chamadas elétrons.
como professor Física e Astronomia da Universidade Estadual do Mississippios experimentos que conduzo muitas vezes baseiam-se na ideia de que os elétrons e prótons que vemos em nossos instrumentos interagem por meio da troca de partículas virtuais. Meus colegas e eu medimos recentemente tamanho do próton Muito precisamente, bombardeando átomos de hidrogênio com um feixe de elétrons. Esta medição assume que o elétron pode “sentir” o próton no centro do átomo de hidrogênio através da troca de fótons virtuais: partículas de energia eletromagnética.
Os físicos usam partículas virtuais para calcular com altíssima precisão como dois elétrons se repelem. As forças envolvidas são expressas como o efeito cumulativo de dois elétrons trocando fótons virtuais.
Quando duas placas de metal são colocadas muito próximas uma da outra no vácuo, elas se atraem: isso é chamado Efeito Casimiro. Os físicos podem usar a matemática de partículas virtuais para calcular com precisão as forças que unem as placas. Independentemente de as partículas virtuais realmente existirem, a matemática previu com precisão o que os pesquisadores observaram no mundo real.
Outra previsão misteriosa feita usando o Virtual Particle Toolkit é a chamada Radiação Hawking. Quando um par de partículas virtuais aparece repentinamente na borda de uma partícula buraco negro, Às vezes, a gravidade do buraco negro agarra um dos parceiros enquanto o outro escapa. Essa rachadura faz com que o buraco negro evapore lentamente. Embora a radiação Hawking não tenha sido observada diretamente, os pesquisadores descobriram recentemente que indiretamente observado.
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Voltemos à questão: as ferramentas matemáticas podem se tornar uma realidade? Se você puder prever tudo perfeitamente imaginando que ele é transportado por partículas virtuais, essas partículas podem ser qualificadas como partículas reais? Seu status ficcional importa?
Os físicos permanecem divididos sobre essas questões. Alguns preferem “calar a boca e descobrir” – uma das famosas piadas de Feynman. Partículas virtuais são atualmente nossa melhor maneira de descrever o comportamento das partículas. Mas os pesquisadores estão desenvolvendo Método alternativo Eles não são necessários.
Se forem bem-sucedidos, esses métodos podem fazer com que as partículas virtuais desapareçam para sempre. Sejam bem sucedidos ou não, o facto de existirem alternativas sugere que as partículas virtuais podem ser ficções úteis em vez de verdades físicas. Também se enquadra no padrão das revoluções científicas anteriores – o exemplo do éter vem-me à mente. Físico inventou o éter Como meio de propagação de ondas de luz. Os experimentos combinaram bem com os cálculos usando a ferramenta, mas não conseguiram detectá-la. Em última análise, a teoria da relatividade de Einstein mostrou que isto não era necessário.
Partículas virtuais são um paradoxo convincente da física moderna. Eles não deveriam existir, mas são essenciais para calcular tudo, desde a força dos ímãs até o comportamento dos buracos negros. Representam um dilema profundo: por vezes, as melhores percepções da realidade provêm de ilusões cuidadosamente construídas. Em última análise, a confusão em torno das partículas virtuais pode ser apenas o preço da compreensão das forças fundamentais.
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