Как найти отрицательной энергии

From Wikipedia, the free encyclopedia

Negative energy is a concept used in physics to explain the nature of certain fields, including the gravitational field and various quantum field effects.

Gravitational potential energy[edit]

Gravitational potential energy can be defined as being negative, but it has no physical meaning since a potential energy is always defined up to a constant.
Gravity is a force deriving from a potential, hence, for an object of mass at in the field created by a point like object of mass at ,

Solving this differential equation leads to

is often taken equal to 0 so that the potential energy at infinity is 0, then the potential energy is always negative for any distance. There is no physical need for to be 0, it could be arbitrarily positive. Potential energy should not be confused with the field energy density or its integral, even if related.
As two massive objects move towards each other, the motion accelerates under gravity causing an increase in the (positive) kinetic energy of the system and decrease of the same amount in the gravitational potential energy of the object. This is because the law of conservation of energy requires that the net energy of the system will not change. The gravitational potential energy is a kind of binding energy. ^[1]

A universe in which positive energy dominates will eventually collapse in a «Big Crunch», while an «open» universe in which negative energy dominates will either expand indefinitely or eventually disintegrate in a «big rip». In the zero-energy universe model («flat» or «Euclidean»), the total amount of energy in the universe is exactly zero: its amount of positive energy in the form of matter is exactly cancelled out by its negative energy in the form of gravity.^[2] It is unclear which, if any, of these models accurately describes the real universe.

Quantum field effects[edit]

Negative energies and negative energy density are consistent with quantum field theory.^[3]

Virtual particles[edit]

In quantum theory, the uncertainty principle allows the vacuum of space to be filled with virtual particle-antiparticle pairs which appear spontaneously and exist for only a short time before, typically, annihilating themselves again. Some of these virtual particles can have negative energy. Their behaviour plays a role in several important phenomena, as described below.

Casimir effect[edit]

In the Casimir effect, two flat plates placed very close together restrict the wavelengths of quanta which can exist between them. This in turn restricts the types and hence number and density of virtual particle pairs which can form in the intervening vacuum and can result in a negative energy density. Since this restriction does not exist or is much less significant on the opposite sides of the plates, the forces outside the plates are greater than those between the plates. This causes the plates to appear to pull on each other, which has been measured. More accurately, the vacuum energy caused by the virtual particle pairs is pushing the plates together, and the vacuum energy between the plates is too small to negate this effect since fewer virtual particles can exist per unit volume between the plates than can exist outside them.^[4]

Squeezed light[edit]

It is possible to arrange multiple beams of laser light such that destructive quantum interference suppresses the vacuum fluctuations. Such a squeezed vacuum state involves negative energy. The repetitive waveform of light leads to alternating regions of positive and negative energy.^[4]

Dirac sea[edit]

According to the theory of the Dirac sea, developed by Paul Dirac in 1930, the vacuum of space is full of negative energy. This theory was developed to explain the anomaly of negative-energy quantum states predicted by the Dirac equation.

The Dirac sea theory correctly predicted the existence of antimatter two years prior to the discovery of the positron in 1932 by Carl Anderson. However, the Dirac sea theory treats antimatter as a hole where there is the absence of a particle rather than as a real particle. Quantum field theory (QFT), developed in the 1930s, deals with antimatter in a way that treats antimatter as made of real particles rather than the absence of particles, and treats a vacuum as being empty of particles rather than full of negative-energy particles like in the Dirac sea theory.

Quantum field theory has displaced the Dirac sea theory as a more popular explanation of these aspects of physics. Both the Dirac sea theory and quantum field theory are equivalent by means of a Bogoliubov transformation, so the Dirac sea can be viewed as an alternative formulation of quantum field theory, and is thus consistent with it.^[5]

Quantum gravity phenomena[edit]

The intense gravitational fields around black holes create phenomena which are attributed to both gravitational and quantum effects. In these situations, a particle’s Killing vector may be rotated such that its energy becomes negative.^[6]

Hawking radiation[edit]

Virtual particles can exist for a short period. When a pair of such particles appears next to a black hole’s event horizon, one of them may get drawn in. This rotates its Killing vector so that its energy becomes negative and the pair have no net energy. This allows them to become real and the positive particle escapes as Hawking radiation, while the negative-energy particle reduces the black hole’s net energy. Thus, a black hole may slowly evaporate.^[7][8]

Black hole ergosphere and quasars[edit]

For a rotating black hole, the rotation creates an ergosphere outside the event horizon. Since the ergosphere is outside the event horizon, particles can escape from it. Within the ergosphere, a particle’s Killing vector may be rotated to give it negative energy. The negative-energy particle then crosses the event horizon into the black hole, with the law of conservation of energy requiring that an equal amount of positive energy should escape. This is thought to be how the intense radiation emitted by quasars is generated.^[9]

Speculative suggestions[edit]

Wormholes[edit]

Negative energy appears in the speculative theory of wormholes, where it is needed to keep the wormhole open. A wormhole directly connects two locations which may be separated arbitrarily far apart in both space and time, and in principle allows near-instantaneous travel between them. However physicists such as Roger Penrose regard such ideas as unrealistic, more fiction than speculation.^[10]

Warp drive[edit]

A theoretical principle for a faster-than-light (FTL) warp drive for spaceships has been suggested, involving negative energy. The Alcubierre drive comprises a solution to Einstein’s equations of general relativity, in which a bubble of spacetime is moved rapidly by expanding space behind it and shrinking space in front of it.^[4]

See also[edit]

• Antimatter
• Dark energy
• Dark matter
• Exotic matter
• Negative mass
• Pressure § Negative pressures

References[edit]

Inline notes[edit]

Bibliography[edit]

• Lawrence H. Ford and Thomas A. Roman; «Negative energy, wormholes and warp drive», Scientific American January 2000, 282, Pages 46–53.
• Roger Penrose; The Road to Reality, ppbk, Vintage, 2005. Chapter 30: Gravity’s Role in Quantum State Reduction.

Отрицательная энергия — загадочное понятие в мире физики, которое на первый взгляд больше подходит для страниц научно-фантастического романа, чем для реальной жизни. Но насколько реально ее существование и какие есть возможности ее применения?

Суммарная энергия во Вселенной

Гравитационная потенциальная энергия, которая удерживает два материальных объекта в контакте друг с другом, должна быть отрицательной, поскольку для их разрыва требуется положительная энергия. Считая Вселенную примерно однородной, можно показать, что полная отрицательная гравитационная энергия в ней точно компенсирует полную положительную энергию, представленную материей. Следовательно, полная энергия Вселенной в целом равна нулю.

«Бог не играет в кости!» – эти слова произнес Альберт Эйнштейн, чтобы выразить свое недовольство странными следствиями принципа неопределенности. В конце концов, сказал он, как мир вокруг нас может быть настолько случайным, что даже с помощью физики невозможно сделать какое-либо предсказание о нем с уверенностью?

Квантовой механике присуще свойство сбивать с толку здравый смысл, и принцип неопределенности Гейзенберга находится в самом центре всей этой путаницы. Среди нескольких сбивающих с толку концепций, возникших на протяжении многих лет из принципа неопределенности, одной из них является отрицательная энергия.

Но это не просто физический трюк. Мы должны понимать, что, как и все другие, казалось бы, невозможные концепции и теории квантовой механики, она так же реальна, как и сама жизнь. Она показывает, что даже Эйнштейн мог ошибаться.

Концепция отрицательной энергии

В 1928 году физик Поль Дирак сформулировал уравнение для описания динамики электронов. Это уравнение было очень успешным для предсказания спина (момент импульса), а также магнитного момента электрона.

Однако в нем также выдвигалось весьма своеобразное положение — электрон может иметь как положительную, так и отрицательную кинетическую энергию. Кроме того, когда был принят во внимание принцип исключения Паули, можно было представить себе целое море с бесконечным числом электронов с отрицательной кинетической энергией.

Это был первый раз, когда физика указала на существование отрицательной энергии. Но как энергия может быть отрицательной? А если отрицательная энергия существовала, то почему мы не видим и не чувствуем ее присутствия?

Чтобы объяснить свои выводы, Дирак заявил, что в природе квантовые состояния положительной энергии точно уравновешиваются квантовыми состояниями отрицательной энергии. Таким образом, чистый эффект остается нулевым, и поэтому мы не можем видеть или чувствовать воздействие отрицательной энергии в обычных повседневных условиях.

Однако он предположил, что если бы можно было создать идеальный вакуум, в котором были бы устранены все эффекты положительной энергии, то можно было бы подтвердить присутствие моря Дирака и, следовательно, отрицательной энергии.

Но создание идеального вакуума в то время казалось невозможным, а значит, существование отрицательной энергии не могло быть доказано. Это бросило тень сомнения на само понятие отрицательной энергии. Многие ученые начали подвергать сомнению вероятность ее существования, пока голландский физик Хендрик Казимир с помощью новаторского эксперимента не смог показать, что она действительно существует.

Открытие отрицательной энергии: эффект Казимира

Хотя его уравнение предсказывало существование отрицательной энергии, Дирак не смог экспериментально проверить это предсказание. Таким образом, отрицательная энергия оставалась только теорией, пока в 1948 году Хендрик Казимир не предложил эксперимент, который мог бы продемонстрировать эффекты, производимые отрицательной энергией.

Он утверждал, что если бы эффекты гравитации и электромагнетизма были сведены на нет, то был бы создан почти чистый вакуум, в котором эффекты отрицательной энергии проявились бы наблюдаемым образом в форме чего-то, известного как эффект Казимира. Ниже показано, как можно экспериментально наблюдать эффект Казимира.

Экспериментальная установка

Две чрезвычайно тонкие и легкие плоские металлические пластины помещены в вакуум. Они расположены параллельно друг другу и находятся на очень небольшом расстоянии друг от друга. Как правило, расстояние между ними должно быть всего 10 ^-6 м, чтобы эффект Казимира работал.

Их небольшой вес значительно снижает действие гравитации и, находясь в вакууме, на них не может действовать никакая другая сила. Наконец, обе эти пластины заземлены с помощью проводов, соединенных с землей, чтобы снять с них любой заряд. Таким образом, эффекты электричества и магнетизма также сведены на нет, и две пластины теперь находятся почти в чистом вакууме.

Когда создается вышеуказанная установка, происходит очень странный эффект. Без присутствия какой-либо энергии или приложения какой-либо внешней силы две параллельные пластины самопроизвольно сближаются, пока расстояние между ними не станет равным нулю, и они не коснутся друг друга.

Вывод

Приведенное выше наблюдение является результатом эффекта Казимира. Согласно Дираку, вокруг нас существует отрицательная энергия, но ее присутствие невозможно определить, поскольку она уравновешивается присутствующей повсюду положительной энергией.

Вакуум, созданный в вышеупомянутом эксперименте, является чистым вакуумом. Все эффекты внешней положительной энергии и силы были удалены или сведены на нет. Таким образом, отрицательной энергии позволяется свободно проявляться, и внутри вакуумной камеры создается гипотетическое дираковское море отрицательной энергии. Ниже приводится теоретическое объяснение этого.

Согласно принципу неопределенности, область небытия (вакуум) может быть заполнена бесконечным числом микроскопических частиц, известных как виртуальные частицы. Эти частицы появляются и исчезают случайным образом. Вместе они составляют море Дирака. Каждая из этих частиц имеет связанную с ней волну, которую можно представить себе как волны в море. Эти волны вместе оказывают давление на плоские металлические пластины со всех сторон.

Теперь, когда между металлическими пластинами имеется лишь небольшое пространство, там может появиться ограниченное количество частиц с отрицательной энергией. Это вызывает небольшое давление на металлические пластины из-за того, что соответствующая волна каждой частицы действует изнутри наружу.

Для сравнения, во внешнем пространстве вокруг металлических пластин способно проявиться гораздо большее количество частиц с отрицательной энергией. Их связанные волны вместе оказывают гораздо большее давление в направлении снаружи внутрь, в результате чего две металлические пластины сближаются, пока они не соприкоснутся.

Таким образом, эффект Казимира показывает, что разница в плотности энергии между двумя незаряженными металлическими пластинами и вокруг них заставляет их притягиваться друг к другу. Так как вся система первоначально находилась в состоянии нулевой энергии и в нее не вводилась положительная энергия, то энергия, затрачиваемая на совершение работы по перемещению пластин вместе, должна быть отрицательной. Таким образом, эффект Казимира доказывает существование отрицательной энергии в вакууме.

Эффект Казимира был впервые практически подтвержден в эксперименте, подобном вышеприведенному. Один из первых экспериментов провел в 1958 году Маркус Спаарней из центра Philips в Эйндховене. Он пришёл к выводу, что его результаты «не противоречат теоретическим предсказаниям Казимира». В 1997 году началась серия гораздо более точных экспериментов, в которых было установлено согласие между наблюдаемыми результатами и теорией с точностью более 99 %.

Действие отрицательной энергии

С момента своего появления и экспериментальной проверки концепция отрицательной энергии стала неотъемлемой частью современной физики. Ниже приведены несколько примеров, которые подчеркивают важность отрицательной энергии.

Черные дыры

В 1974 году Стивен Хокинг предсказал, что черная дыра, гравитация которой настолько сильна, что она не позволяет вырваться даже свету, на самом деле испарится с течением времени. Это явление, позже известное как излучение Хокинга, казалось, противоречило законам физики.

Чтобы объяснить это, Хокинг заявил, что производство положительной энергии в виде излучения черной дыры сопровождается притоком в нее отрицательной энергии, что приводит к сохранению энергии.

Когда виртуальные частицы появляются вблизи крайней кривизны пространства-времени у края черной дыры, т. е. у горизонта событий, можно удалиться от черной дыры и войти в нее. Если в черную дыру упадет частица с отрицательной энергией, это приведет к уменьшению массы черной дыры.

Если это будет продолжаться достаточно долго, масса черной дыры будет продолжать уменьшаться, пока не станет равной нулю и пока черная дыра не испарится.

Червоточины

Еще одна важная концепция, в которой отрицательная энергия играет жизненно важную роль, — это искривление пространства-времени, известное как червоточина (кротовая нора).

Червоточина — это, по сути, гипотетический туннель в пространстве-времени, который соединяет одну область пространства с другой.

Она может действовать как космический короткий путь, который можно использовать для достижения регионов Вселенной, находящихся на расстоянии многих световых лет, всего за несколько часов или дней.

Однако законы физики гласят, что червоточина, достаточно большая, чтобы вместить космический корабль, схлопнется под действием собственной гравитации так быстро, что даже луч света не успеет пересечь ее.

Концепция отрицательной энергии приходит как решение этой проблемы. Отрицательная энергия обладает гравитационно-отталкивающим действием, и, следовательно, используя ее, червоточина может оставаться открытой, освобождая место для возможности межзвездных космических путешествий.

Варп-двигатель

Специальная теория относительности Эйнштейна утверждает, что ничто не может превышать скорость света. Это космологический предел, который нельзя превзойти. Однако концепция отрицательной энергии предлагает способ обойти эту проблему, допуская возможность создания варп-двигателя.

В 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре нашел решение уравнений Эйнштейна, которое можно использовать для создания варп-двигателя, состоящего из искривленного пространственно-временного пузыря, который будет перемещать космический корабль со сверхсветовой скоростью из одной области пространства в другую.

Расчеты показали, что для создания и поддержания варп-пузыря потребуется отрицательная энергия.

Такой варп-пузырь будет вмещать космический корабль и перемещать его с произвольной скоростью. Это будет происходить не за счет фактического приведения в движение космического корабля, а за счет манипулирования пространством-временем.

Пространство-время перед пузырем будет сжиматься, уменьшая расстояние до места назначения. А то, что сзади, расширится, увеличив расстояние от начала пути. Сам космический корабль останется внутри пузыря. Таким образом, не нарушая абсолютного ограничения скорости, корабль сможет достичь сверхсветовой скорости.

Таким образом, отрицательная энергия — это доказанный в физике факт, который, как известно, существует повсюду вокруг нас и повсюду во Вселенной. Эта концепция нашла несколько применений в теоретической физике и вполне может однажды стать ключом к открытию межзвездных космических путешествий.

Отрицательная энергия — это концепция, используемая в физике для объяснения природы некоторых полей, включая гравитационное поле и различные эффекты квантового поля.

В более умозрительных теориях отрицательная энергия задействована в червоточинах, что может позволить путешествие во времени и искривление для более быстрого чем-свет космическое путешествие.

Содержание

• 1 Гравитационная потенциальная энергия
• 2 Эффекты квантового поля
  • 2.1 Виртуальные частицы
  • 2.2 Эффект Казимира
  • 2.3 Излучение Хокинга
  • 2.4 Сжатый свет
  • 2.5 Море Дирака
• 3 предположительные предположения
  • 3.1 Червоточины
  • 3.2 Деформационный двигатель
• 4 См. Также
• 5 Ссылки
  • 5.1 Встроенные примечания
  • 5.2 Библиография

Гравитационная потенциальная энергия

Сила гравитационного притяжения между двумя массивными объектами на расстоянии между ними представляет собой отрицательное количество гравитационной потенциальной энергии в поле, которое их притягивает. Когда расстояние между ними приближается к бесконечности, гравитационное притяжение приближается к нулю с положительной стороны линии действительных чисел, а гравитационная потенциальная энергия приближается к нулю с отрицательной стороны. Следовательно, когда два массивных объекта движутся навстречу друг другу, движение ускоряется под действием силы тяжести, вызывая увеличение (положительной) кинетической энергии системы и увеличение на ту же величину в (отрицательная) гравитационная потенциальная энергия. Это потому, что закон сохранения энергии требует, чтобы чистая энергия системы не изменялась. Гравитационная энергия связи — это разновидность потенциальной энергии.

A вселенная, в которой преобладает положительная энергия, в конечном итоге схлопнется в «Большом сжатии «, в то время как «открытая» вселенная, в которой преобладает отрицательная энергия, будет либо бесконечно расширяться, либо в конечном итоге распадется в «большой рип «. В модели вселенной с нулевой энергией («плоской» или «евклидовой») общее количество энергии во вселенной точно ноль : количество положительной энергии в ней в форме материя в точности компенсируется своей отрицательной энергией в виде гравитации. (Неясно, какая из этих моделей точно описывает реальную Вселенную.)

Эффекты квантового поля

Отрицательные энергии и отрицательная плотность энергии согласуются с квантовой теорией поля.

Виртуальные частицы

В квантовой теории принцип неопределенности позволяет заполнить вакуум пространства виртуальными парами частица-античастица, которые появляются спонтанно и существуют лишь короткое время до, как правило, снова уничтожаются. Некоторые из этих виртуальных частиц могут иметь отрицательную энергию. Их поведение играет роль в нескольких важных явлениях, как описано ниже.

Эффект Казимира

В эффекте Казимира две плоские пластины, расположенные очень близко друг к другу, ограничивают длины волн квантов, которые могут существовать между ними. Это, в свою очередь, ограничивает типы и, следовательно, количество и плотность пар виртуальных частиц, которые могут образовываться в промежуточном вакууме и могут приводить к отрицательной плотности энергии. Это вызывает силу притяжения между пластинами, которая была измерена.

Излучение Хокинга

Виртуальные частицы с отрицательной энергией могут существовать в течение короткого периода времени. Это явление является частью механизма, задействованного в излучении Хокинга, с помощью которого черные дыры испаряются.

Сжатый свет

Можно организовать несколько лучи лазерного света, такие что деструктивная квантовая интерференция подавляет флуктуации вакуума. Такое сжатое вакуумное состояние связано с отрицательной энергией. Повторяющаяся форма волны света приводит к чередованию областей положительной и отрицательной энергии.

море Дирака

Согласно теории моря Дирака, разработанной Полом Дирака в 1930 г. вакуум космоса наполнен отрицательной энергией. Эта теория была разработана для объяснения аномалии квантовых состояний с отрицательной энергией , предсказанной уравнением Дирака.

Теория моря Дирака правильно предсказала существование антивещества двумя годами ранее. к открытию позитрона в 1932 году Карлом Андерсоном. Однако теория моря Дирака рассматривает антивещество как дыру в отсутствии частицы, а не как настоящую частицу. Квантовая теория поля (КТП), разработанная в 1930-х годах, рассматривает антивещество таким образом, что оно рассматривает антивещество как состоящее из реальных частиц, а не как отсутствие частиц, и рассматривает вакуум как свободный от частиц, а не как полный частиц отрицательной энергии, как в теории моря Дирака.

Квантовая теория поля вытеснила теорию моря Дирака как более популярное объяснение этих аспектов физики. И теория моря Дирака, и квантовая теория поля эквивалентны посредством преобразования Боголюбова, поэтому море Дирака можно рассматривать как альтернативную формулировку квантовой теории поля и, таким образом, согласуется с ней.

Спекулятивные предложения

Червоточины

Отрицательная энергия появляется в умозрительной теории червоточин, где она необходима, чтобы держать червоточину открытой. Червоточина напрямую соединяет два места, которые могут быть разделены произвольно далеко друг от друга как в пространстве, так и во времени, и в принципе позволяет почти мгновенно перемещаться между ними.

Варп-двигатель

Был предложен теоретический принцип сверхсветового (FTL) варп-двигателя для космических кораблей, использующий отрицательную энергию. Привод Алькубьерре представляет собой решение уравнений Эйнштейна общей теории относительности, в которой пузырь пространства-времени быстро перемещается, расширяя пространство позади него и сжимая пространство перед ним.

См. Также

Ссылки

Встроенные примечания

Библиография

• Лоуренс Х. Форд и Томас А. Роман; «Отрицательная энергия, червоточины и искривление», Scientific American, январь 2000 г., 282, страницы 46–53.

Отрицательная энергия

Энергия величина скалярная, поэтому отрицательной энергии быть не может. Энергия это количественная мера движения, а движение либо есть и тогда ее количественная мера положительна, либо движения нет, что означает отсутствие энергии, равенство энергии нулю. Отрицательными величинами могут быть изменения энергии относительно величины, принятой за ноль.

Считать энергию отрицательной это нонсенс, тем не менее, в физике такое понятие имеется и используется в некоторых рассуждениях.

В частности, температура (форма энергии) измеряется относительно точки, принятой за ноль. Отрицательная температура по шкале Цельсия означает, что температура меньше значения, принятого за ноль градусов. По шкале Кельвина отрицательной температуры не существует, потому что ноль означает отсутствие термодинамического движения атомов и молекул. 

 Однако форм энергии много, соответственно, возникает необходимость выбора точки отсчета, принимаемой за ноль, для энергии вообще.

 Например, отрицательная энергия используется в рассуждениях связанных с энергией электрона. Количественные соотношения с отрицательной энергией приводятся практически во всех учебниках. Смысл их сводится к тому, что когда электрон находится в атоме, он связан и не может вырваться без дополнительной энергии. Следовательно, нужна энергия, чтобы вырвать его из атома. Отрицательная энергия в микромире это недостающая энергия до нулевого значения.

Разрешение противоречия, что энергия как скалярная величина отрицательной быть не может, но на практике используется для объяснения некоторых явлений, достигается просто – энергия физического вакуума не является абсолютным нулем энергии, это всего лишь величина энергии, принятой за условный ноль. Следовательно, физический вакуум сам обладает внутренней энергией, средняя величина которой принята за ноль. Из этого следует, что вакуум не является пустотой, а заполнен некой активной субстанцией, которую логично назвать эфиром.

Отрицательная кинетическая энергия

Cтраница 1

Отрицательная кинетическая энергия — бессмыслица, так как она соответствует мнимой скорости; следовательно, частица не может проникнуть внутрь барьера. Эти соображения классической механики, однако, неверны в квантовой механике.
 [1]

Отрицательной кинетической энергии отвечает мнимая скорость. Это означает, что понятие скорости, как и вообще понятие частицы, в этой области лишено смысла. Аналогичный эффект имеет место и в задаче с осциллятором. Действительно, в соответствии с уравнением ( XXI.
 [2]

Нефизическая область формально соответствует отрицательным кинетическим энергиям для начальных частицы и античастицы.
 [3]

Дирак показал в 1930 г., что состояния с отрицательной кинетической энергией или массой, в которых могут находиться электроны, описываемые найденным им уравнением, могут быть интерпретированы, если допустить, что почти все эти состояния заняты электронами и обнаруживаются при своей вакантности в виде позитронов, открытых экспериментально Андерсоном.
 [4]

Часто высказывается некоторая озабоченность по поводу кажущегося бессмысленным наличия у частицы отрицательной кинетической энергии в областях пространства, запрещенных с точки зрения классической физики, где потенциальная энергия явно больше полной энергии. Наличие отрицательной кинетической энергии в классической механике в самом деле служит основанием того, что частицы не могут попасть в такие области. В квантовой механике такая проблема не возникает, поскольку в качестве кинетической энергии частицы следует рассматривать среднее значение, вычисленное по всей волновой функции. Более того, предположим, что мы попытались ограничить местонахождение частицы исключительно областью барьера, чтобы получить отрицательную кинетическую энергию. Разумный выход из такой искусственной ситуации указывает принцип неопределенности: попытка удержать частицу в ограниченной области приводит к неопределенности в ее энергии, и этой неопределенности достаточно, чтобы предохранить нас от вывода, что у частицы отрицательная кинетическая энергия.
 [5]

Заметим, что квантовая механика допускает проникновение частицы в область с отрицательной кинетической энергией.
 [7]

Переход через барьер невозможен, так как при этом частица будет иметь отрицательную кинетическую энергию и мнимую скорость, что бессмысленно. Иначе обстоит дело для микрочастицы.
 [8]

Таким образом, следовало ожидать, что порог деления ggU235 находится в области отрицательных кинетических энергий падающих нейтронов. Реакция срыва дейтона позволяет производить облучение ядер такими нейтронами с отрицательной кинетической энергией. Опыт с делением 92U235 показал, что порог этой реакции действительно лежит в области отрицательных кинетических энергий нейтронов, а именно при энергии — 1 5 Мэв.
 [9]

Естественно считать мину с — частицы обладающими достаточно большой средней отрицательной температурой, так как они постоянно приобретают отрицательную кинетическую энергию от частиц космическиой радиации и не могут скапливаться в виде планет, звезд и других плотных космических объектов, сохраняющих не слишком высокую температуру. Таким образом, коэффициент у должен иметь минимальное значение в межгалактическом пространстве и возрастать внутри туманностей и вблизи звезд.
 [10]

С другой стороны, имеются случаи, в которых G уменьшается с г внутри барьера так быстро, что пренебрежение областью отрицательной кинетической энергии не вносит заметной ошибки.
 [11]

Чтобы рассмотренный пример был действительно показательным, следует добавить к обычным ядерным размерам расстояния, на которые проникают связанные частицы в область отрицательных кинетических энергий. Каналы, в которых это имеет место, будем называть закрытыми каналами. Учет закрытых каналов заметно увеличивает граничный радиус каналов и затрудняет непосредственное применение теории. Однако в рассмотренном примере несколько сгущены краски, так как, если конфигурационное пространство имеет более чем два измерения, то перекрывание хвостов волновых функций имеет место в сравнительно более ограниченной области. Хотя это перекрывание существует, все же можно надеяться, что его роль невелика, поскольку оно происходит в сравнительно малом объеме, и во многих случаях оказывается возможным использовать постоянное значение гь. Однако вводимая при этом ошибка не обязательно является пренебрежимо малой. Например, если канал / / / представляет дейтрон, а частицы / и 2 являются соответственно протоном и нейтроном, то перекрытие хвостов в каналах / / / и / частично обусловливает реакцию срыва ( d, p), которой нельзя пренебрегать.
 [12]

В этих работах предполагалось, что падающий нейтрон взаимодействует с хвостом протонной волновой функции в области пространства, в которой протон обладает отрицательной кинетической энергией. Эти сечения в 70 — 1000 раз превышали соответствующие значения, предсказываемые непосредственным применением статистической теории ядерных реакций Вайскопфа, в то время как сечения реакций ( п, 2п) находились в приблизительном согласии с этой теорией. Мак-Манус и Шарп смогли объяснить это расхождение, используя модель прямоугольной ямы для независимых нуклонов и проводя вычисления по теории возмущений аналогичные расчетам Куранта 172 ], с разумными предположениями относительно вероятности прямого взаимодействия. Вычисления Остерна, Батлера и Мзк-Мануса [74] были выполнены в импульсном приближении Чу [78], которое представляется оправданным, так как ни одна частица не взаимодействует с ядром в области конфигурационного пространства, в которой они взаимодействуют друг с другом. Эти вычисления дали кривые распределения с максимумами в распределении протонов, характеризуемыми орбитальными моментами / р и 1п протона и нейтрона в связанных состояниях.
 [13]

Конечно, было бы заманчиво, обнаружив микрочастицу в области II ( под потенциальным барьером), зафиксировать при этом у нее наличие отрицательной кинетической энергии. Однако благодаря соотношениям неопределенностей это сделать принципиально нельзя. Как и в других случаях, попытка подсмотреть за микрочастицей в области, где она проявляет волновые свойства, приводит к исчезновению этих свойств.
 [14]

Приближение геометрической оптики также не может предсказать правильные фазы волновых функций в тех случаях, когда имеет место отражение от поверхности, разделяющей области положительной и отрицательной кинетической энергии.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3