OK, WTF er 'virtuelle partikler', og findes de faktisk?

Ligesom almindelige partikler kommer virtuelle partikler uophørligt op i fysikernes arbejde i deres teorier, papirer og samtaler. Men som deres navn antyder, er de langt fremmed end almindelige partikler, som allerede er notorisk underlige. Partikler er de vigtigste repræsentanter for den lille verden, kvanteverdenen. Hvis du skalerede alt op, så en partikel var på størrelse med et sandkorn, ville du være lige så høj som afstanden fra jorden til solen.

Fysikere ved af erfaring, at partikler utvivlsomt er der uden for synet. Virtuelle partikler er meget mere undvigende, til det punkt, at de ikke-troende siger, at de kun eksisterer i abstrakte matematiske formler. Hvad betyder det endda for virtuelle partikler at være virkelige?

Jaeger er en fysiker, der blev filosof, der offentliggjorde vigtige kvantitative resultater tidligt i sin karriere, inden han tilbragte de sidste ti år med fokus på filosofi og fortolkning af fysik. Han ankom til virtuelle partikler som kun det sidste stop på en lang rejse med at give mening om kvanteverdenen.

Der er to forskellige fortællinger om virtuelle partikler, og Jaeger abonnerer på, hvad filosoffer kalder den realistiske position. Troende eller realister hævder, at virtuelle partikler er reelle enheder, der definitivt eksisterer.

Som Jaeger forklarer, er der mindst fire forskellige overordnede matematiske teorier i kvanteverdenen. Den mest basale af disse kaldes kvantemekanik. Virtuelle partikler stammer fra et mere avanceret matematisk apparat kendt som kvantefeltteori (QFT). Hvis kvantemekanik er som børnebogen Clifford den store røde hund , så er QFT Necronomicon, bundet i huden - langt mere uklar og kompleks.

Fysikere bruger kvantemekanik til at forklare de mest fundamentale kvantefænomener, som lysets samtidige bølge og partikelkarakter. QFT bruges på den anden side til at forudsige resultaterne af ekstreme eksperimenter på steder som Large Hadron Collider (LHC). QFT gør det tunge løft, med andre ord.

LHC er berømt for sine spredningseksperimenter, hvor to eller flere partikler kollideres sammen og spredes fra hinanden. Under kollisionen ødelægges gamle partikler, og der oprettes nye. Fysikere udfører kollisioner igen og igen under stærkt kontrollerede omstændigheder og forsøger at forudsige, hvilke partikler der kommer ud, og hvordan. Når man husker metaforen for et familiesammenkomst, fortæller spredningseksperimenter historien om, hvor sandsynligt det er, at din søster går ud fra håndtrykket og ikke en anden slægtning - en underlig og alligevel tydelig mulighed.

I QFT bestemmes sandsynligheden for, hvilken partikel der kommer ud, af en kompliceret ligning. Fysikere løser det med et smart trick. De skriver løsningen ud som en sum af meget enklere udtryk (summands), som derefter er kvadratisk. Teknisk set indeholder summen uendeligt mange udtryk, men for mange scenarier er det kun de første par vilkår, der betyder noget. Hvert af udtrykkene i summen indeholder fysiske størrelser relateret til de indgående og udgående partikler, som deres momentum, masse og ladning, som alle kan observeres direkte. Imidlertid kan hvert udtryk også indeholde fysiske størrelser (som masse eller ladning), der svarer til helt forskellige partikler, som aldrig observeres. Dette er hvad der er kendt som de virtuelle partikler.

Oliver Passon er en af ​​de fysiker-filosoffer, der modsætter sig forestillingen om, at virtuelle partikler er virkelige. Han fik sin ph.d. inden for partikelfysik og er en meget erfaren fysiker, men fokuserer nu på uddannelsesforskning ved universitetet i Wuppertal i Nordrhein-Westfalen, Tyskland. Han studerer, hvordan partikelfysik skal undervises til gymnasieelever, for hvem det er blevet en del af standardplanen.

Virtuelle partikler er et rod, Passon opsummeret til bundkort.

For Passon opstår den realistiske opfattelse fra en sjusketolkning af matematikken, og det har fået fysikere til at foretage andre fortolkningsfejl, for eksempel ved at forklare opdagelsen af ​​Higgs-bosonen ved LHC. Han skrev om sine synspunkter i en papir sidste år.

To-spalteeksperimentet ser ud til at vise, at individuelle matematiske termer i sig selv ikke har nogen realisme, og kun deres superposition (summation og kvadrering) har betydning. Efter Passons opfattelse bør virtuelle partikler, der vises i individuelle QFT-termer, ikke betragtes som reelle. Dette argument mod virtuelle partikler er kendt af filosoffer som superposition-argumentet, og det kan virke som et stærkt argument.

Men Jaeger mener, at argumentet er ud over pointen. Ironisk nok ser han denne kritik som at sidde fast i matematiske abstraktioner i sig selv. Han er enig i, at de enkelte vilkår ikke kan fortælle hele historien, 'men det betyder ikke, at partiklen ikke gik gennem rummet, sagde han.