Чтобы понять, что такое виртуальная частица желательно бы познать, что такое виртуальность.

На сайте АКАДЕМИК говорится:         

“ВИРТУАЛЬНОСТЬ (от лат. virtualis-возможный) объект или состояние, которое реально не существуют, но могут возникнуть при определенных условиях”.

Как оказывается таких “определенных условий” бесчисленное множество и каждый их трактует по-своему. И главное реально не существуют, но могут возникнуть. Я не существую, но возник при определенных условиях. Да так все возникает при определенных условиях. Не возникает только то, что не может существовать даже малейший миг.

Высказываются и такие мысли:

“Виртуальный – выполняющий функции чего-то, чем на самом деле не является, при этом с точки зрения пользователя от этого чего-то не отличающийся (от англ. virtual – похожий, неотличимый)”.

Похожий, неотличимый, но откуда он взялся? Почему он должен выполнять функции чего-то? 

Емелин В.А. в статье “Виртуальная реальность и симулякры” пишет:

“Термин “виртуальный” восходит к понятию “virtus”, использовавшегося в средневековой христианской философии для обозначения актуальной действующей силы. Посредством этой категории схоласты пытались ответить на вопрос: как абсолютные сущности реализуются во временных, частных событиях. Фома Аквинский с помощью понятия виртуальности решал одну из ключевых проблем средневековой философии – каким образом сосуществуют реальности разного уровня, например, душа мыслящая, душа животная, душа растительная”.

Для Фомы не было никакого сомнения, что душа существовала реально в любого живого существа, но он не мог ее видеть, не мог сказать, какая она есть и где она располагается в живом существе. Вот она здесь, рядом, кое-кто видит, как она улетает от умершего человека, но она все время ускользает. Дерево как стояло, так и стоит, и если сейчас его нет, то сразу можно понять, что его кто-то спилил и употребил на свои нужды. Никакого таинства, а с душой не так.

Как видим, понятие виртуальности возникло давно, но это был реальный метод описания неизвестного. Фома Аквинский оперировал с реально существующими объектами и действиями. Его виртуальность была реальностью, по сути это неизвестность.

Но современный мир воспринимает виртуальность не как способ манипулирования, а как объект манипулирования. Появляется понятие виртуальной реальности. До сих пор существовала объективная реальность: стол, компьютер, день, холодно, волк и т.д.  Эта реальность существует не зависимо от нас, да вообще от любого субъекта. Мы эту реальность можем измерить, взвесить, понять из чего она состоит, как она взаимодействует с окружающим миром и т.п. Кроме того мы можем найти в нашем мозгу реальную объективно существующую конфигурацию энергетического состояния определенных нейронов, точнее электронов этих нейронов, соответствующих данному явлению. Для стола это такие-то состояния электронов таких-то нейронов, для компьютера  это другая конфигурация нейронов и их состояние и т.д. Если энергетические состояния электронов конфигурации стола изменить (заставить эти электроны излучить или поглотить некие дополнительные порции энергии), то мы получим другой стол или вообще какой-то другой объект. Точно так, как в компьютере вместо одной записи может появиться, исправленная запись или вообще другая запись в одной и той же области памяти. Это значит, что существует реальный объект и его реальная запись. Реальный объект может существовать, не зависимо от того, будет ли он где-нибудь отображен или нет. Отображение реальности может объективно существовать в виде множества различных объектов: записи на бумаге, картины, муляжа и т.п. Это диалектический материализм.

Но существуют и другие реальные записи в мозгу того или иного субъекта, которые не отражают реально существующие объекты. Например, в мозгу субъекта есть энергетические поля лошади и человека. Если возбуждается определенное поле нейротрансмиттеров, перед объектом возникает образ лошади, а если зажигаются нейротрансмиттеры другого поля, то возникает образ человека. Каждое из этих полей возбуждается своим сигналом. Как это делается надо читать книгу “Сознание и фотоны”. У животного тоже могут возникать эти образы. У животного и у человека эти образы получились в результате созерцания реально существующих объектов. И животные и человек могут видеть фрагменты этих объектов. Допустим, они видят (реально) половину человека и лошадь без головы. Так вот, только человек может приставить торс человека к туловищу лошади, то есть объединить поле нейротрансмиттеров фрагментов лошади и человека под один сигнал возбуждения. Это значит, как только появится такой сигнал, у человека сразу возникнет образ кентавра, а не лошади или человека отдельно. Вот эта способность мозга человека объединять поля в одну систему называется мышлением. Животные только этим качеством отличаются человека. А такими понятиями как ощущение, память и сознание они различаются только количественно.

Как можно понять, в результате этого в мозгу субъекта появилось реально существующее энергетическое поле, но оно не отображает ни какой реально существующий объект.

Таких виртуальных объектов в человеческом мозгу сколь угодно много. Иногда приятно обладать некоторыми исключительными особенностями, например, силой и быстротой лошади, но быть умным, как человек.  Особенно это было заманчиво в древние времена, сейчас приятней быть каким-нибудь суперменом или трансформером. Естественно, все шапки-невидимки, скатерти-самобранки и много другое являются приятной, но безвредной мечтой, так как они не достижимы и не реализуемы. Они не трансформируемые в объективную реальность.

Совсем другое представляет виртуальный мир “стрелялок”. Он сымитирован (сэмулирован), как пишет Википедия, с объектов и процессов реальной объективности, которые пока неизвестны и не апробированы опытом. Стоит некоторый период побегать с виртуальным автоматом за виртуальным противником и, в конце концов, реальный образ любого прохожего может полностью совпасть с образом виртуального противника и тут дело может стать только за автоматом. Здесь в полной мере работает положение диалектического материализма – бытие определяет сознание. Обучение это наиважнейший элемент нашего бытия.

Но еще более вреден из-за своей распространенности и принужденности его к принятию виртуальный мир – мир математики. Он не такой острый, как “стрелялки”, ибо дает только ложные посылки и редко доводит человека до болезней.

Несомненно, нелепо утверждать, что от “стрелялок” и математики один вред. Если “стрелялка” тренажер для полицейского или воина, то ее польза несомненна.

Математика помогает открывать планеты, рассчитывать всяческие производственные процессы, наш бюджет, только не государственный, так как там есть одна неизвестная – сколько украдут, ну и множество других областей, где математика полезна. То есть математика эффективна там, где она работает с известными объектами. А то бывают казусы. Я читал книжку генерала Гровса, который отвечал за секрет Манхеттенского проекта, производства первой атомной бомбы. Книжка вроде называлась “Ярче тысячи звезд” или что-то на подобие этого. Может быть, я путаю фамилии и названия – давно читал.  Так вот, в этой лаборатории было заведено устраивать пари по поводу чего-нибудь. В этот раз надо было угадать как можно точнее мощность взрыва новой бомбы. Несмотря на то, что все было просчитано как можно более скрупулезно математически, существовали некоторое поправки и упрощения, которые, по мнению математиков, давали некий разброс результатов. Основной результат вычислений показывал мощность взрыва  около 4,5 килотонн. Пари заключались на один доллар. Все предположения вращались вокруг цифр 4 – 5 килотонн и только один лаборант сказал, что взрыв бомбы будет равен 20-ти килотоннам. Естественно, от него отмахнулись, как от, заведомо, проигравшего. Но практика показала, что он выиграл – мощность взрыва оказалась равной 18 килотонн. Вот Вам и математика. Это относительно хорошо, что американцы решили сбросить эту бомбу на каких-то японцев, они сами себе для удовольствия вспаривают животы.  А если бы это был астероид, который необходимо было бы свернуть с траектории, чтобы он не врезался в Землю и не приказал всем долго жить. Такая ошибка могла бы стоить нам дорого. Конечно, если бы эта ошибка привела к тому, что этот астероид попал не на головы рисоводов и рыбаков, а на тех, кто работал в отделе 731, то это можно было бы только приветствовать. Вот и мы оказались невольно в виртуальном мире. Возвратимся к математике.

Многие считают, что математика это реальность, которая существует объективно не зависимо от субъектов. Например, Роджер Пенроуз очарованный фрактальностью множества Мандельброта полагает, что такое множество существует независимо от субъекта. Интересно, можно ли построить такое множество в виде шахматной доски? И если да, то, какое впечатление оно бы произвело на Пенроуза? Несомненно, что скажут нам о множестве Мандельброта, в то мы и будем верить. Чтобы быть в теме мы обратимся к более простым разделам математики.

Мало кто понимает тензорное исчисление или может взять rot  rot. Чуть большее количество умеет дифференцировать или интегрировать. Наверное, половина человечества знает таблицу умножения, но почти все умеют складывать и вычислять. Жизнь заставляет знать, какая положена сдача при покупке. Для животных даже последнее является недостижимым. У них инстинкт – где больше еды, там и хорошо. И тут оказывается, что то, что не может сделать хороший инженер или даже математик, под силу простой железке в виде компьютера. Он довольно легко умножает, извлекает корни, раскладывает в ряды и тому подобное. Но если его разобрать на любые узлы или части, то не удастся найти никакой части или узла, которая могла бы умножить 2 на 3, не говоря об интегралах или дифференциалах. Примерно, как в мозгу нельзя найти деталь, отвечающую за образ ноты ля или сладкий вкус конфеты.

Оказывается, что даже самый современнейший компьютер умеет только складывать и вычитать, как какой-нибудь туземец со своими раковинами. Мало того, даже во всей известной нам Вселенной нет ничего такого, что смогло бы умножить 2 на 3. Точнее мы такого не находим. Да и сами цифры природа не воспроизводит. Может лебедь и похож на цифру 2, но не слишком. Как не умножай лебедь на лебедя, четыре лебедя из двух лебедей не получишь. Для этого в природе есть другая процедура. Если у Вас есть 2 полена дров и Вам принесли еще 3 полена, то какой не применяйте к ним оператор, из них не получится 6 таких поленьев. Не поможет ни оператор умножения, ни возведения в степень, ни лангранжиан, ни гамильтониан, ни даже интеграл по траекториям, ничего, ибо это не виртуальная, а объективная энергия. 5 поленьев дров никогда не дадут столько тепла, сколько могут дать 6 поленьев.

Таким образом, можно смело утверждать, что математический мир это самый распространенный виртуальный мир. Он объективно находится в виде энергетических полей в мозгу большего или меньшего количества субъектов. Исчезнут субъекты, и никакого множества Мандельброта не будет, в отличие от стола, дерева, звезд и т.д.

Для нас этот виртуальный мир необходим. Расстояние до Солнца мы не можем измерить рулеткой, а вычислить можем, массу Земли не можем определить опытным путем, а рассчитать, приблизительно, можем и тому подобное. Но, несмотря на положительные стороны математического мира в нем много отрицательного.

Виртуальность прекрасное подспорье для ученых. Если пластины Казимира отталкиваются, то это легко объяснить отталкиванием электронов на поверхности пластин. Если не отталкиваются и не притягиваются, то это можно объяснить нейтральностью атомов. А если они притягиваются, то чем это объяснить? Можно притягивание заменить cталкиванием. Но логика требует, чтобы происходило сталкивание нужно чтобы с одной стороны толкающая сила была больше, чем с другой. А где ты возьмешь силы в вакууме? Не беда, в вакууме только нет эфира, но зато полно виртуальных частиц всяких сортов.

Бесконечное число фотонов, начиная с нейтрино и реликтового излучения до радиоволнового диапазона, которые заполняют все известное нам пространство, не устраивает ученых, ибо, по их мнению, все эти объекты могут только отталкивать, но ни в коем случае не могут притягивать. Диалектика для них не указ. И такие, объективно существующие фотоны и в вакууме и в телах, их не устраивают. Не могут они создать между пластинами пониженное давление, чтобы силы с противоположных сторон пластины могли их сжимать. Для них нужны виртуальные частицы, этакие шапки-невидимки, когда они не нужны, их нет, а как только они потребовались, они сразу же рождаются.

Как повествует Википедия:

“Часто наличием виртуальных частиц объясняются следующие эффекты:

1. Спонтанная эмиссия фотона в процессе распада возбужденного атома или ядра; такой распад невозможен по законам обычной квантовой физики (поскольку возбужденные состояния есть точные стационарные состояния уравнения Шредингера). Он объясняется взаимодействием атома с нулевыми колебаниями электромагнитного поля в вакууме;
2. Эффект Казимира, заключающийся в наблюдаемом взаимном притяжении или отталкивании незаряженных немагнитных тел под действием квантовых флуктуаций а вакууме;
3. Поляризация вакуума, которая включает генерацию пары частица-античастица или “распад вакуума”, как, например, спонтанная генерация электрон-позитронной пары;
4. Излучение Хокинга, которое, предположительно, генерируется на горизонте событий черных дыр;
5. 5. Эффект Унру – эффект, аналогичный излучению Хокинга, но наблюдающийся при ускорении частиц”.

Вдумайтесь… распад возбужденного атома! Да возбуждение это и есть процесс распада. Пока Вы не станете трясти грушу, из нее и не будут падать плоды. Возбужденное состояние может поддерживаться только внешними силами, оно может быть динамически равновесным и всегда стремящимся перейти в стационарное состояние, но никогда не будет стационарным. При попадании на атом фотона он, вернее его электрон, переходит в возбужденное состояние – пытается поглотить его и увеличить свою массу. Если поглощение удается, электрон атома переходит в другое стационарное состояние и процесс заканчивается. Если фотон оказывается не резонансным для данного состояния электрона, то он будет им излучен согласно принципу Гюйгенса и ретранслирован дальше или может отразиться обратно.

Как излучает потоки фотонов Солнце, Земля, свеча, кошка, морковка и т.п.? Это спонтанные или вынужденные излучения? Или мы имеем два процесса: объективный процесс с реальными фотонами и частицами и виртуальный процесс с виртуальными фотонами и частицами? Реальные вещи можно как-то наблюдать, измерять и, возможно, на них влиять. Но что прикажете делать с виртуальными фотонами и частицами, как говорят, с тараканами в голове?

Об эффекте Казимира рассказано в соответствующей статье на этом сайте.

Если вакуум представлять как море Дирака, то возникновение в нем электрон-позитронных пар выглядит вполне логичным. И, конечно, следствием этого будет локальная поляризация. Об этом можно прочесть в статье “О кванте подробно” на этом сайте.

Об излучении Хокинга ничего сказать не могу. Можно только предположить, что это какая-то особая структура из электрического и магнитного полей, которая образовалась при аннигиляции частиц, но она отличная от квантовой электромагнитной структуры. А так как мы ничего не знаем об устройстве и свойствах полей, то сложно понять и структуру строения черной дыры. Мы еще с квантом и фотоном никак не разберемся, а о дыре и мечтать не приходится.

Эффект Унру вряд ли похож на эффект Хокинга. Это просто объясняет квантовая механика. Ускоряемое тело может, даже обязано, что-то излучать из спектра излучения абсолютно черного тела. Пока ИСО была неподвижна или двигалась равномерно, ничего в ней не излучалось. Как только некие силы начали ускорять эту ИСО, все электроны начали излучать фотоны. Фотоны обычно излучаются по направлению движения, т.е. они движутся от оставшейся неподвижной системы и до нее не доходят. Вот если бы в ускоряющейся системе зажгли лампочку, то ее свет можно было бы видеть везде. Но если это будет фонарик, то его свет тоже будет не виден, при условии что свет фонарика будет направлен от неподвижной системы. Конечно, если луч фонарика будет на что-то попадать (капли, молекулы, любые предметы), то луч фонарика будет виден. Но это отраженное излучение.

Из этого следует, что виртуальные частицы больше похожи на реальные частицы, действия которых не точно и не до конца поняты в тех или иных явлениях.

Далее Википедия приводит большой список явлений, где действуют виртуальные частицы. Два таких явления, например, такие:

“Виртуальные частицы способны переносить энергию на макроскопические расстояния, как, например при работе электрического трансформатора или при ядерном магнитном резонансе”.

Ну, причем здесь виртуальность (virtualis- возможный или virtual – похожий, неотличимый)? И в трансформаторе и в томографе работают обычные фотоны, которые мы умеем генерировать и регистрировать. Ускоряемые частицы излучают порции энергии в виде фотонов, которые распространяются в пространстве от частицы до частицы. Магнитное поле сердечника трансформатора просто фокусирует эти фотоны на вторичной обмотке, повышая его кпд. Без сердечника большое количество фотонов будет уходить в пространство. В радиопередатчиках именно так и происходит. Фотоны радиоволн могут распространяться на огромные расстояния, если их ничто не поглотит. Такой поток фотонов это есть ток смещения. Непонимание таких простых вещей и приводит к необходимости прибегать к виртуальности. Это не есть virtual – похожий, неотличимый, это просто он и есть.