Могут ли виртуальные частицы, в частности гравитоны, мешать?

Вы сначала спросите, могут ли быть интерференционные эффекты между виртуальными гравитонами. Если предположить, что что-то вроде стандартной теории взаимодействия частиц (квантовая теория поля) применимо к квантовой теории гравитонов, то между виртуальными гравитонами действительно будет интерференция.

Полная вероятность события рассеяния с участием гравитонов, скажем$ee\to ee$с промежуточными гравитонами, было бы суммой всех возможных промежуточных состояний с участием гравитонов. Между этими промежуточными состояниями возникнет интерференция.

Однако маловероятно, что эффекты квантовой гравитации могут решить проблему темной материи (ваш второй вопрос). Считается, что эффекты квантовой гравитации важны только для невероятно больших энергий (энергий, подобных планковской массе). Большие энергии эквивалентны очень малым расстояниям (из-за длины волны де Бройля).

Доказательства наличия темной материи получены из экспериментов, проверяющих несколько разных масштабов расстояний, но все они намного больше, чем малый масштаб (длина Планка), на котором квантовая гравитация должна иметь значение.

Меньшая часть физиков считает, что проблему темной материи можно решить, изменив гравитацию (например, модифицированную ньютоновскую динамику), но их теории не включают квантовую гравитацию, а только модифицированную, но классическую гравитацию.

Вопрос 1. Могут ли виртуальные частицы, в частности гравитоны, интерферировать?

Гравитоны являются гипотетическими носителями гравитации, соответствующими фотону для электромагнетизма, с очень слабой связью с материей по сравнению со всеми другими силами :

При сильной силовой связи 1, электромагнитная 1/137, слабая 10^-6, гравитационная 10^-39.

Если предположить правильное квантование гравитации, то взаимодействие гравитонов с гравитонами будет проходить через петли других частиц материи, делая взаимодействие между двумя гравитонами практически бесконечно малым, 10^-78 .

Таким образом, взаимодействие гравитон-гравитон будет очень небольшим.

Вопрос 1. Могут ли виртуальные частицы, в частности гравитоны, интерферировать?

Гравитоны, если они существуют, подобны фотонам, а не виртуальным частицам.

Интерференция в терминах квантовой механики возникает из-за суперпозиции отдельных волновых функций на общую волновую функцию двух гравитонов Psi. Суперпозиция является линейной, и плотность вероятности наложенного Psi * Psi имеет интерференционные эффекты без взаимодействия. Просто из природы плотности вероятности.

Виртуальные частицы не участвуют в этой игре с мячом, они находятся внутри интеграла, и интерференция или взаимодействие не имеют значения. Они являются частью математики, отслеживающей квантовые числа и сохранение импульса энергии.

Ответ заключается в том, что виртуальные частицы не мешают. Гравитоны — это реальные частицы, такие как фотоны, и они могут взаимодействовать, если находятся в одной и той же области пространства-времени.

Вопрос 2. Может ли это привести к решению проблемы темной материи

Ответ - нет. Гравитонные взаимодействия гравитонов намного хуже, чем взаимодействия фотонов с фотонами, и интерференционные эффекты не имеют значения при накоплении объемной массы.

Возможно, вам будет интересно прочитать вики-запись о гравитоне.

Вопросу о том, могут ли интерферировать виртуальные частицы (гравитоны), предшествуют некоторые рассуждения, содержащие ряд утверждений, требующих тщательного рассмотрения. Итак, прежде чем я отвечу на вопрос, я сначала рассмотрю эти утверждения:

1)

«Их существование [виртуальных частиц] допускается принципом неопределенности Гейзенберга, допускающим временное нарушение закона сохранения энергии в процессах, длящихся достаточно короткое время».

Это утверждение раскрывает распространенное заблуждение относительно принципа неопределенности Гейзенберга. Фактически он определяет минимальную неопределенность, а не максимальную неопределенность. Другими словами, чтобы удовлетворить принципу неопределенности Гейзенберга, нечто должно существовать достаточно долгое , а не достаточно короткое время. Что-то не может «прятаться под» неопределенностью. Нет, принцип утверждает, что принципиально невозможно что-либо (даже виртуальные частицы) существовать меньше определенного времени, заданного энергетической неопределенностью.

2)

«...установлено, что чем менее энергичен носитель силы, тем сильнее опосредованная сила».

На самом деле, насколько мне известно, это верно только для неабелевых теорий (таких как КХД и электрослабая теория). Их связи становятся слабее для более высоких энергий. Другие теории, такие как КЭД, становятся более странными при более высоких энергиях. Беглый обзор литературы, по-видимому, показывает, что существуют разногласия по поводу того, можно ли сказать, что квантовая гравитация имеет постоянную связь.

3)

Если гравитоны могут интерферировать, то вполне вероятно, что они будут интерферировать деструктивно (случайность диктует, что присутствуют как конструктивная, так и деструктивная интерференция, но деструктивная интерференция более вероятна, что мы можем доказать)

Я хотел бы увидеть это доказательство. Возможно вы дадите ссылку. Эвристически можно утверждать, что деструктивное и конструктивное вмешательство должно быть одинаково вероятным. Причина в том, что должно быть энергосбережение. Например, в случайном световом поле можно было бы найти спеклы, содержащие яркие и темные пятна, так что средняя интенсивность сохраняла бы сохранение энергии.

4)

Из соотношения Планка из квантовой механики это означает, что эти гравитоны будут менее энергичными, что увеличит силу силы гравитации в больших масштабах.

На основании упомянутых выше опасений этот вывод вызывает сомнения. На самом деле это в основном исключается наблюдениями. Сила, которая становится сильнее с расстоянием, возможно, достигнет расстояния, за которым она станет невозмущающей. Другими словами, он ограничил бы себя, как это делает КХД. Мы не видим абсолютно никаких доказательств этому.

Вопрос 1:

Итак, давайте рассмотрим вопрос о том, могут ли виртуальные частицы мешать. (В контексте, в котором задается этот вопрос, я серьезно сомневаюсь, что этот ответ или любой другой ответ будет касаться фактической проблемы, которую хочет поднять ОП. Просто слишком много неправильных представлений. Однако ради самого вопроса, и поскольку два текущих ответа не согласуются друг с другом, я попробую.)

Виртуальные поля, пожалуй, наиболее точно обнаруживаются как представленные внутренними линиями у Фейнмана. Причина их виртуальности в том, что они вне оболочки, т.е. они не удовлетворяют никаким дисперсионным соотношениям. Из этого понимания затем следовало, что некоторые физики предположили, что силовые поля вокруг частиц (например, кулоновское поле вокруг заряженной частицы) можно рассматривать как виртуальное поле.

Когда мы хотим сказать, могут ли эти виртуальные поля интерферировать, нам нужно договориться о том, что мы подразумеваем под интерференцией. В большинстве ситуаций это понимается как обнаружение, когда различные поля могут образовывать линейную суперпозицию. В определенных ситуациях эта суперпозиция может наблюдаться как интерференционные полосы. Однако наличие полос не обязательно для представления интерференционного явления. Существует, например, также случай квантовой интерференции, например, в эффекте Хонга-У-Манделя.

Итак, если мы ограничимся случаем виртуальных полей, как они появляются на диаграмме Фейнмана. Тогда действительно мы имеем линейную суперпозицию бесконечного множества различных сжатий различных полей (плоские волны, как на поверхности оболочки, так и вне ее). Эта линейная суперпозиция существует в виде интегралов по всем степеням свободы фазового пространства, которые участвуют в диаграмме. Что ж, это будет означать, что у нас есть сценарий интерференции, а поскольку в состав входит виртуальное поле, то из этого следует, что такие виртуальные поля также интерферируют.

К сожалению, такую ​​интерференцию нельзя наблюдать так же, как можно было бы наблюдать интерференцию в классическом оптическом поле. Эффект интерференции больше похож на интерференцию, основанную на сумме историй, которая определяет амплитуду вероятности для конкретного взаимодействия.

Вопрос 2:

Ввиду вышеизложенного весьма сомнительно, чтобы это могло объяснить темную материю.

Насколько я понимаю, гравитоны будут мешать, если мешают гравитационные волны. И я, конечно, думаю, что гравитационная волна будет мешать. Я предполагаю, что это поперечные волны, которые могут интерферировать, как и любые другие волны.