Si la negrura perfecta viola el principio de incertidumbre, ¿cómo no es una violación la materia oscura?

Question

En un reciente tweet, el Dr. Michio Kaku declaró que perfecto negrura violaría el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, es decir, cada objeto debe emitir radiación. Tengo dos preguntas acerca de esta declaración.

1. Podría alguien por favor más detalles sobre cómo exactamente perfecto negrura viola el principio de incertidumbre? Estoy un poco familiarizado con este principio, de manera detallada respuesta se agradece.

2. Al parecer, la materia oscura no emite ningún tipo de radiación. ¿No es esto una contradicción directa a Kaku declaración y una violación del Principio de incertidumbre?

Answer 1

No hay ninguna contradicción, pero Kaku es de ser bastante arrogante.

En tanto la clásica como la física cuántica, descargado punto de partículas nunca puede emitir o absorber la luz. Nada de esto viola el principio de incertidumbre. El campo electromagnético es sólo uno de los muchos campos cuánticos en el universo, y no hay ninguna ley que dice que se tiene que interactuar con él.

Kaku es hablar de algo diferente: los agujeros negros, que clásicamente se pueden absorber la luz, pero nunca emiten. Esto es muy diferente de una partícula sin carga, que no interactúan con la luz. Es cierto que en la teoría cuántica, los agujeros negros pueden emitir luz por radiación de Hawking.

Sin embargo, esta es sólo débilmente relacionado con el principio de incertidumbre. Supongo que la relación Kaku tenía en mente era algo así como "el principio de incertidumbre significa que las partículas pueden espontáneamente pop del aire. Un enorme agujero negro puede irradiar debido a que una partícula puede espontáneamente aparecen a la derecha fuera de su horizonte de sucesos y salir". Este es el estándar de popsci explicación, pero es bastante engañosa, en el sentido de que nada de Hawking cálculo real se ve algo como esto.

De nuevo, la radiación de Hawking es una declaración acerca de sucesos horizontes. No tiene estricta relación con la materia oscura. Además, la materia oscura no tiene que ser absolutamente oscuro. Por ejemplo, hay teorías de millicharged DM donde la materia oscura tiene un pequeño cargo y por lo tanto puede emitir. La materia oscura podría ser también debido a los agujeros negros primordiales, que se irradian por radiación de Hawking. En ambos casos, la radiación es demasiado poco para ver.

Answer 2

Cada objeto cargado, cuando se acelera, se emiten radiación electromagnética. Esto significa que a medida que los átomos se empuja sobre en la superficie de un sólido debido al movimiento térmico aleatorio, emiten radiaciones que podamos detectar. Pero si se enfríe un objeto hacia abajo de modo que sus átomos vibran menos, esto significa que se emiten menos radiación por medio de lo cual podríamos concluir que una vez que un objeto se enfría el cero absoluto, los átomos que parar de moverse y por lo tanto dejan de irradiar.

Ahora observamos que el principio de incertidumbre nos dice que el más ciertos que de una posición de la partícula, menos seguro de su impulso se convierte en. Si los átomos de un objeto son tan fríos que no se mueve nada, nos puede localizar con precisión -, pero esto significa que sus ímpetus son muy inciertos, y esto a su vez garantiza que deben permanecer en movimiento y emiten radiación en el proceso.

De esta manera, el principio de incertidumbre requiere que todos los objetos irradian.

La materia oscura es postulado para no experimentar la fuerza electromagnética. Esto significa que no emiten radiaciones cuando se acelera, y esto a su vez significa que no puede ser visto con la óptica o radio telescopios.

Answer 3

La respuesta a la pregunta (2) es: la materia oscura es transparente, no negro. Perfecto negrura, si entiendo Kaku correctamente, sería algo que absorbe la radiación, pero no emiten radiación. La materia oscura ni absorbe ni emite (al menos no lo suficiente como para ser medible), no es "perfecto negrura" porque no se absorben.

Un aparte: desde la materia oscura interactúa con la materia ordinaria a través de la gravedad (que es la forma en que fue descubierto en el primer lugar), se espera que emiten y absorben radiación gravitatoria. Que es demasiado débil para ser medibles, aunque.

Como para la pregunta (1), creo que Kaku es errónea. Además knzhou los comentarios que yo sostengo: Un sistema en un estado estable (por ejemplo, un átomo de hidrógeno en una región vacía de espacio) ha cuantificado los niveles de energía, y hay un menor de estos niveles, el estado del suelo. Si el sistema está en que el estado del suelo, no va a irradiar, incluso si hay movimiento (en este ejemplo, el movimiento de los electrones en el átomo). Esto puede ser una idealización (un objeto real nunca es completamente estable, y en un objeto macroscópico siempre hay algunos componentes que no están en su estado fundamental), pero es compatible con la física básica.

Answer 4

Alternativa de respuesta simple:

La materia oscura es oscura porque simplemente no tiene interacción de ningún tipo (como ya sabemos) con fotones.

Eso no significa que no se puede ganar o perder energía o interactuar de otras formas (por ejemplo, por definición, se relaciona con la gravedad). Que aún no comprendemos la materia oscura lo suficientemente bien como para saber qué es lo que puede hacer, el estado sabio y energía-sabio.

Pero esto no significa que cuando nos llame "oscuro", nosotros no significa que es "negro", en el sentido de que el común de negro (o de cuerpo negro) de objetos podría ser baja o casi nula, la energía, los fotones emitidos en las frecuencias bajas por debajo del espectro visible, etc.

La materia oscura podría ser capaz de muchos tipos de energía de alta o baja energía de los estados y de las interacciones fundamentales, para que todos sabemos. (Por ejemplo, si otros no identificados campos/interacciones también existía, que interactúan con los campos conocidos y sus partículas). Pero no afecta a los fotones, y sin un fotón de la interacción, no tendrá ningún visual o electromagnética presencia en todo. No va a ser negro. Será transparente, como los fotones irá directamente "a través" en la feliz ignorancia (por así decirlo).

Answer 5

Creo que la premisa de la pregunta 2 es errónea. ¿Dónde has visto que la materia oscura debe ser perfectamente negra? Se llama "materia oscura" porque no parece emitir cantidades detectables de radiación electromagnética. Actualmente, no hay una explicación universalmente aceptada de qué es la materia oscura y algunos de los candidatos podrían emitir una radiación débil.

Hay una gran diferencia entre "perfectamente negro" y "no emite cantidades detectables de radiación".