¿Hay algo en el universo que no pueda ser comprimido?

Question

Yo siempre he pensado que no hay nada en el universo que no puede ser comprimido o se deforman bajo la fuerza suficiente, pero mi amigo insiste en que las partículas elementales están exentos de esto.

Mi pensamiento es que si dos objetos chocan, ya que no hay compresión no hay distancia a través de la cual la colisión se produce lo que significa que sería instantáneo. El impulso de la colisión es igual a la fuerza dividida por el tiempo, por lo que a medida que el tiempo se aproxima a cero entonces el momento de la fuerza enfoque infinito y parece absurdo ser capaz de producir la infinita fuerza de una energía finita.

Answer 1

Bajo la teoría especial de la relatividad, nada puede ser incompresible: considere cualquier objeto de tamaño distinto de cero y finita la masa en su marco del resto; cuando se aplica una fuerza a la que por un lado se va a comenzar a moverse. Si fuera totalmente incompresible, el otro extremo se podría comenzar a moverse simultáneamente. Ya que los extremos están separados espacialmente, hay un marco en el que el otro extremo se empiecen a mover antes de la aplicación de la fuerza, que está en contradicción con la teoría especial de la relatividad.

Las partículas elementales son generalmente se asume que el punto de forma, por tanto, de tamaño cero, por lo que sería trivial exentos.

Answer 2

En la teoría cuántica de campos, una partícula elemental no tiene una ubicación precisa y el tamaño en el espacio. La cuántico de un electrón de campo en el espacio libre tiene diferente medida en comparación con la de los electrones alrededor de un átomo de hidrógeno, por ejemplo (es decir, es más difícil de rebote de un electrón fuera de un electrón libre que un átomo de hidrógeno). Mientras que en una forma muy real, un electrón del tamaño se ha investigado hasta los límites de nuestra medición de la capacidad y encontrado para ser extremadamente pequeño y para nuestras mediciones indistinguible de tamaño de punto, de otra manera muy real, la de los electrones alrededor de un átomo de hidrógeno, es esencialmente tan grande como el átomo.

Para realmente llegar al fondo de esto, usted necesita preguntar a su amigo: "¿Cómo se puede medir el volumen de un electrón?" Dependiendo de la forma de medir, se puede obtener el resultado de que los electrones son incompresibles (dentro de los límites de nuestra medición de la capacidad) o que son muy compresibles. Para puntos de bonificación, usted puede preguntar algo así como: "Son las ondas de sonido compresible? ¿Cómo se puede medir el "tamaño" de una onda de sonido?"

Es cierto que hay un límite a la cantidad de electrones que puede caber en un volumen dado del espacio. Pero eso no dice mucho acerca de la compresibilidad de los electrones sólo que tiene algún límite.

Pero su amigo probablemente no tenía algo complicado como eso en mente. Él, probablemente, teniendo en cuenta el clásico partícula elemental, que es de tamaño de punto por definición. Sin embargo, es necesario tener en cuenta que esta descripción está mal - QFT es una teoría que describe las partículas elementales mucho más precisa que la teoría clásica. Todas nuestras teorías físicas de trabajo hasta ciertos límites, y son francamente mal o al menos no confirmados fuera de estos límites. Tu pregunta está fuera de los límites de la teoría clásica; te estás preguntando qué sucede cuando uno imposiblemente pequeña cosa que choca con otro imposiblemente pequeña cosa.

Pero real electrones no exactamente de rebote de cada uno de los otros la forma en que las pelotas de goma - ellos están interactuando a través de sus respectivos campos eléctricos, e incluso en los modelos clásicos, que nunca lo suficientemente cerca "toque" en la mecánica sentido; las alteraciones en los campos eléctricos son lo que está empujando en contra de los dos electrones, y los más se acercan el uno al otro, mayor es la fuerza que actúa entre ellos. En el modelo clásico, donde tiene punto-como los electrones y no hay la mínima distancia posible, no importa lo rápido que tirar los electrones de uno contra el otro, finalmente, la fuerza se convierte en lo suficientemente alta como para acelerar los electrones lejos el uno del otro lo suficientemente rápido para evitar el "toque"; nunca llegará a ocupar el mismo lugar en el espacio-tiempo, y nunca estará tan cerca unos de otros que los que no cabía otra de electrones entre ellos. De nuevo, tenga en cuenta que esto no es lo que realmente sucede; sólo estás utilizando un modelo que no da buenas respuestas para la pregunta que te estás preguntando.

Answer 3

Cuando se inicia la compresión de la materia ordinaria, primero empezar por disminuir el espacio entre los átomos (después de haber, casi mecánicamente, rompe los enlaces entre las moléculas). Esto se pone cada vez más difícil debido a que los átomos están rebotando y se repelen, porque cuando dos átomos se acercan lo suficiente como para cada uno de ellos, con sus nubes de electrones ver unos a otros y, ya que ambos son negativos, se repelen entre sí.

Si usted mantenga en la compresión, esta fuerza se hace más grande y más grande. En algún momento va a proporcionar la energía suficiente para despojar a todos los átomos de sus electrones y crear un plasma, donde la nucleii y los electrones se mueven de forma independiente, lo que le da algo más de espacio para trabajar (es decir, comprimir). Pero en algún punto todavía encuentro con un problema. Los electrones todavía se repelen y desplazarse en el plasma. Usted no puede llegar a todos ellos para estar todavía en el mismo tiempo, porque entonces van a estar todos en el mismo estado, el cual está prohibido para los fermiones. Esto es en realidad lo que mantiene a las enanas blancas de colapsando sobre sí mismos.

Pero usted sabe lo que no, al menos, tener este repeler? Un montón de neutrones. En algún punto de la presión que están ejerciendo es suficiente para transformar los electrones y protones en neutrones y neutrinos. La última, probablemente, que escapan de su magia dispositivo de compresión, pero el ex ahora puede ser comprimido, incluso más, ya que ellos no están cargadas eléctricamente más. Pero los neutrones son todavía fermiones, así que te encuentras con el mismo problema de nuevo en algún momento, no todos los neutrones pueden ocupar el mismo estado en el mismo tiempo. Esto es lo que mantiene a una estrella de neutrones se derrumbe.

En algún momento se han comprimido de la (anteriormente conocido como) la materia lo suficiente que el volumen se encuentra dentro de su propio Schwartzschild radio, y se colapsa en un agujero negro. En este punto de la Relatividad General, que actualmente nuestra mejor descripción de la gravedad, predice que su asunto se derrumba en una singularidad. Desde una singularidad tiene una densidad infinita, es, podría decirse, no compresible ya hemos terminado.

Sin embargo, esto depende de cómo usted equivocado pensar que la Relatividad General es. Si bien es el mejor que tenemos, sabemos que tiene que estar mal de alguna manera, porque no es conciliable con la mecánica cuántica (por el momento). Muchos piensan que una correcta teoría de la gravedad cuántica de evitar una singularidad, por lo que podría ser capaz de comprimir un agujero negro más. O no, no sabemos.

Answer 4

Debido a los efectos cuánticos, usted no puede localizar una partícula elemental (tal como un electrón) dentro de una región más pequeña que la mitad de la reducción de la longitud de onda de Compton ($\hbar/2mc$) donde $m$ es la masa de las partículas, $c$ es la velocidad de la luz y $\hbar$ es la reducción de la constante de Planck. Si intenta agregar más energía en el sistema para limitar la partícula en una región más pequeña, que se acaba de crear nuevas partículas. De ello se desprende que las partículas elementales tienen una efectiva no tamaño cero más allá de la cual no pueden ser comprimidos.