¿Por qué estamos seguros de que los agujeros negros, los electrones, los protones y los neutrones tienen forma esférica, no cúbica?

Las soluciones conocidas de agujeros negros tienen horizontes de eventos que no son cúbicos. Tampoco son necesariamente simétricas esféricamente, no si el agujero negro gira.

No creo que sea posible un horizonte de eventos cúbicos, pero no estoy seguro. Sospecho firmemente que si configuraste algo así y trataste de analizar la estabilidad, descubrirías que era inestable.

El electrón, hasta donde se puede determinar, es puntual, hasta una escala muy pequeña. Esta es una pregunta experimental

Tiene spin 1/2 y un momento magnético anómalo bien descrito por QED, lo que sugiere fuertemente que no tiene un tamaño finito, o al menos, tiene un tamaño muy pequeño como máximo.

El neutrón y el protón tienen un tamaño finito, por lo que es una pregunta interesante cuáles son sus formas.

Ambos tienen grandes momentos magnéticos anómalos, que apuntan claramente a efectos de tamaño finito.

Resulta que un spin 1/2 partícula como el neutrón o el protón, el nucleón, es decir, no puede tener un momento cuadrupolo eléctrico espectroscópico en el vacío, debido a las reglas de selección, lo que significa que sería visible en las mediciones de líneas atómicas. .

El operador de momento cuadrupolo puede escribirse:

[matemáticas] Q_ {ij} = \ sum e (3 x_i x_j – \ delta_ {ij} x ^ 2). [/ matemáticas]

La suma se interpretaría como una integral, por supuesto, dadas las distribuciones de carga continua asociadas con el protón y el neutrón.

Resulta que el elemento matriz del operador de cuadrupolo en un estado de neutrones solo puede depender del momento angular del sistema. Dado que el sistema gira 1/2, el álgebra de las matrices de Pauli hace que sea imposible para este momento afectar el espectro atómico: el valor esperado en una transición hiperfina se desvanece debido a las reglas de selección.

Pero aún es posible que el neutrón o el protón tengan un momento intrínseco de cuadrupolo eléctrico. El neutrón tiene spin 1/2, por lo que gira, pensando en el sistema de manera clásica. En el marco fijo del cuerpo puede deformarse. En principio, la información sobre estos momentos se puede extraer mediante mediciones de transiciones electromagnéticas a la resonancia [matemática] \ Delta (1232) [/ matemática], que puede ser impulsada por rayos gamma suficientemente energéticos, generados en aceleradores de haz de electrones continuos. [1]

¡Pero resulta que los experimentos no son lo suficientemente buenos como para decir cuáles son los valores reales, y si son positivos o negativos!

Parecen no ser cero.

Los valores de los momentos intrínsecos del cuadrupolo se pueden calcular en varios modelos de quark y salen de manera diferente según el modelo, pero en general, tanto el neutrón como el protón resultan ser prolados: lo que significa que ambos están un poco deformados de manera esferoidal, de alguna manera como una pelota de fútbol (americano) o una pelota de rugby.

El neutrón y el protón tampoco tienen momentos dipolares eléctricos dentro de la precisión de los mejores experimentos. Esto se debe a que un momento dipolar eléctrico intrínseco para cualquier partícula en el vacío violaría la simetría de CP, o equivalentemente violaría T, suponiendo que se conserva CPT, y se cree que CP se conserva en interacciones fuertes que solo se violan en la naturaleza en muy pequeñas cantidades por muy poco interacciones débiles

En presencia de un campo magnético externo, el neutrón ciertamente puede desarrollar un momento cuadrupolo inducido a lo largo de la dirección del campo también.

Pero incluso si estos valores finalmente se miden para el neutrón y el protón, no significaría que el neutrón y el protón sean cubos, solo que están un poco deformados.

Es muy difícil imaginar que una distribución de carga cúbica pueda ser estable, dada la naturaleza de las fuerzas que actúan entre los quarks que forman los nucleones. Algo más cercano a una forma esférica tenderá a minimizar mejor la energía de interacción fuerte.

Podría ser un asunto muy diferente si estuvieras considerando resonancias de mesón o barión de giro muy altas; estas bien pueden estar muy deformadas, pero aún no serán cubos.

Notas al pie

[1] $ \ mathit {N} \ phantom {\ rule {0ex} {0ex}} \ suremath {\ rightarrow} \ mathit {\ suremath {\ Delta}} $

No estamos seguros Ninguna de estas cosas se ha observado directamente, por lo que su forma es una cuestión de especulación teórica.

Un agujero negro es probablemente esféricamente simétrico, porque su efecto teórico sobre el espacio-tiempo tiene esa misma simetría. Sin embargo, también sabemos, teóricamente, que un agujero negro giratorio tiene una ergosfera a su alrededor. Es un esferoide achatado, que toca el horizonte de eventos en los polos. Es la región donde las líneas mundiales cambian de ser como tiempo fuera, a ser como espacio dentro. Esto se debe al arrastre de cuadros. En realidad, la energía se puede quitar de esta región de la ergosfera, de ahí su nombre.

Por lo general, se considera que un electrón es una partícula puntual, en cuyo caso no tiene forma. En la teoría de las supercuerdas, tiene la forma de una cuerda vibrante, de unos 10 ^ -34 m, de tamaño, ¡pero no me pregunte qué es una cuerda! Esta idea sigue siendo muy teórica.

Sabemos aproximadamente qué tan grandes son los neutrones y los protones. Tienen unos 10 ^ -15 m de diámetro. Estos hadrones contienen 3 quarks y muchos gluones, que mantienen unidos a los quarks. Ambas partículas tienen spin 1/2, como los electrones, lo que significa que debe haber niveles de energía en el núcleo.

Los núcleos pueden tener formas inusuales, y algunas de estas formas se han medido, utilizando experimentos de dispersión, pero la forma de un protón o neutrón individual, y si estas partículas pueden cambiar de forma, no se sabe con certeza.

El KE de los quarks dentro de un protón, por ejemplo, es extremadamente alto, porque los protones son muy pequeños. Es solo la presencia de los gluones, lo que evita que un protón explote. Entonces, los quarks deben estar dando vueltas a gran velocidad, dentro de una bola de materia de alta energía. Todos asumimos que el protón debe ser una esfera, pero los resultados de los experimentos de colisión de partículas y el modelo basado en ellos muestran que solo los quarks de movimiento lento producen una esfera. La forma real del protón depende de las velocidades de los quarks, su dirección de rotación y las direcciones de sus vectores de giro. Otras formas encontradas fueron una forma plana de bagel, una forma de maní y una forma de pelota de rugby.

Hasta donde sé, no se han realizado experimentos similares con neutrones, pero dada su similitud de estructura, creo que se comportarían de manera similar.

También creo que la forma de un nucleón (neutrón o protón) depende de dónde esté, en el núcleo. Muy por debajo de la superficie, rodeado de nucleones, en direcciones aleatorias, un nucleón sería una esfera. Pero, en la superficie, estaría sujeto a fuertes fuerzas de tensión superficial, y considero que sería arrastrado a otras formas, como la pelota de rugby.

Posiblemente, las siguientes imágenes son evidencia en apoyo de mi afirmación de que el bloque de construcción básico del universo es el cubo, incluido el de protones, neutrones, electrones y agujeros negros:

AHORA mira esto:

Las espirales basadas en la secuencia de Fibonacci observada en todo el Universo parecen una evidencia plausible de que todo se origina o se fusiona en un cuadrado en 2-D o un cubo en 3-D.

Recuerde que para el protón, tenemos solo 3 quarks, no 4, 5 o 6. Y hasta ahora no se detectan quarks libres, hasta donde yo sé.

Según mi interpretación, los quarks son como tres orientaciones de un cubo, que es la forma probable del protón o su subcomponente. Esto se debe a que, una vez que eliminamos las caras del cubo de un cubo, ya no es un cubo. Y así es como describimos los quarks dentro de un protón. En lo que respecta a la simetría esférica, también puede crearse mediante un cubo que gira alrededor de un centro. ¿Por qué suponemos que es estacionario?

Otra indicación son tres orientaciones de movimiento, flujo y corriente según las leyes de inducción EM, lo cual es cierto para todas las coordenadas del Universo. ¿Cómo es esto posible para un bloque de construcción esférico básico? Pero el cubo lo explica.

Cada vez que hacemos un edificio, confiamos en una superficie plana de cubo / rectángulo para lograr un ajuste perfecto; Esa es la lógica. Entonces, ¿por qué el físico tiene tanta confianza en las formas esféricas / puntuales inestables?

Se puede crear cualquier otra forma desde un cubo, por supuesto con irregularidades en la superficie, pero ninguna otra forma puede crear todas las demás formas.

El mundo digital también ha adoptado un cuadrado / cubo como el bloque de construcción básico del píxel. ¿Por qué esos píxeles no tienen forma esférica? Esto se debe a que así es como funcionan las leyes naturales.

El avance del teorema de Pitágoras surgió solo sobre la base de la suposición de que el bloque de construcción básico de una forma 2D es cuadrado (cara del cubo) y luego contarlos. Así es como la naturaleza ha funcionado desde hace siglos. Entonces, ¿por qué un punto esférico / punto como suposición ahora?

Vamos a cavar y encontrar la verdad. Solo la forma de un cubo puede transformar nuestra comprensión no solo de la física, sino de TODOS LOS SUJETOS.

ACTUALIZACIÓN 15/08/2016

Me acabo de dar cuenta de que hay varias objeciones para que un bloque de construcción cúbico cree una simetría esférica. El siguiente diagrama puede proporcionar una posible explicación:

Si no es posible para nosotros ver / analizar el cubo más pequeño, sino solo un conjunto de cubos o un área como un punto / coordenada con diferentes orientaciones del flujo de energía contribuido por los cubos más pequeños como se indica arriba, entonces sumándolos como vector cantidades, se puede obtener cualquier orientación esférica.

ACTUALIZACIÓN 18/08/2016

El cubo está siendo la base de toda mi interpretación de la realidad del Universo. Permítanme hoy darles más información sobre cómo un cubo puede crear una simetría esférica. Comencemos declarando que el cubo de fotones es un cubo. ¡Qué! Esto no es posible; Hemos visto fotones viajando en todas las orientaciones esféricas. ¿Cómo puede ser un cubo?

Comencemos primero leyendo la descripción del fotón como en mi siguiente respuesta y suponiendo que la descripción es perfecta.

La respuesta de Tufail Abbas a ¿Cómo describirías el efecto fotoeléctrico a un laico?

Así que ahora esas bolas en la descripción del efecto fotoeléctrico son unidades de energía que son cubos. Ahora podemos hacer un cubo más grande colocando estos más pequeños encima del otro de esta manera:

Entonces, si el cubo más pequeño se considera como una unidad de energía vectorial, se puede representar como uno de los siguientes:

0, i, j, k, -i, -j, -k (es decir, 7 orientaciones, incluida la orientación nula)

Pero no es posible para nosotros observar directamente la energía de este cubo más básico / más pequeño. Lo que podemos ver es la energía de un cubo más grande como la suma vectorial de las energías de sus cubos más pequeños.

Entonces, el número de orientaciones espaciales (N) que puede tomar esta energía resultante está dado por la fórmula

N = factorial (n ^ 3 + 6) / {factorial (n ^ 3) × factorial (6)}

Este es el caso de “combinaciones con repetición” donde ‘n’ es el número de cubos más pequeños por lado del cubo más grande.

Ahora las teorías no se pueden construir sobre suposiciones. Entonces se requiere alguna confirmación experimental. Quizás no, si ya ha sido confirmado por el experimento de Newton’n prism y el efecto de Compton.

ACTUALIZACIÓN 2 19/08/2016

Entonces, si se trata de cubos, ¿qué y cómo explica el Universo ?:

La respuesta de Tufail Abbas a ¿Qué es la gravedad, en una explicación básica?

La respuesta de Tufail Abbas a Si pudieras alcanzar el centro del agujero negro, ¿verías un pequeño orbe negro?

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La respuesta de Tufail Abbas a ¿Por qué parece que estamos en el centro del universo aunque supuestamente no lo estemos?

Para obtener más información, consulte Respuestas a grandes preguntas de Tufail Abbas en GRANDES PREGUNTAS

Los agujeros negros pueden ser esféricos, si no están girando. Si lo son, obtienes una forma de disco más si no recuerdo mal. Tenga en cuenta también que la ‘forma’ de un agujero negro es un poco dudoso.

Los electrones, protones, neutrones, etc. pueden considerarse esféricos porque eso tiene más sentido: una configuración esférica tiene la mayor simetría y, por lo tanto, es muy fácil de describir si lo desea. Sin embargo, se describen principalmente como partículas puntuales, una partícula que está presente pero que no tiene un tamaño real.

Y eso es porque la mecánica cuántica hace que ideas como ‘tamaño’ sean extremadamente difusas. ¿Cómo se determina el “tamaño” de un objeto? Generalmente lo dejas interactuar con algo más: luz, un criterio, pinzas, etc.

Sin embargo, todas esas interacciones que usualmente usamos tienen un rango infinito, simplemente se caen tan rápido que en las macroescalas no lo notamos. Sin embargo, un fotón y un electrón pueden interactuar, ya sea que estén a la misma distancia entre sí o con varios angstroms.

Las partículas fundamentales no tienen realmente un tamaño bien definido. Así que hablar de forma no tiene sentido.

No estamos seguros de si las partículas elementales tienen alguna forma. Simplemente los tratamos como partículas puntuales, es decir, ¡no tienen dimensión! Una esfera requiere tres dimensiones. Pero sus leyes de fuerza están determinadas experimentalmente para tener una relación 1 / r ^ 2 que indica que las interacciones de fuerza son esféricamente simétricas. Algunos piensan que las partículas elementales provienen de cadenas de 10 u 11 dimensiones, pero esto aún no se ha validado.

Tampoco sabemos cómo se ve el interior de un agujero negro. Todo lo que sabemos es que el comportamiento de las galaxias a su alrededor, lo que indica una ley de fuerza gravitacional esférica, pero puede haber un abultamiento o un disco de acreción, etc. para tener en cuenta.

En una forma simplista de verlo, los objetos (como los planetas) tienden a tener una forma esférica, porque no hay nada que privilegie una dirección desde la otra, y la esfera es la única forma que lo permite. Una forma de cubo significaría que hay diferentes propiedades en orientaciones muy específicas; y para un cubo, eso requeriría condiciones extremadamente específicas que obviamente no suceden en nuestro mundo.
Los objetos a los que se refiere no son esferas perfectas, porque hay algunas orientaciones privilegiadas que los deforman en cierta medida y hasta el punto de formas casi aleatorias.

El centro de la esfera está privilegiado, por supuesto, por razones que podemos entender o no, ya que de lo contrario no se estarían formando objetos.

Finalmente, realmente no podemos hablar sobre la forma de los objetos como si fueran volúmenes sólidos. En cambio, están emergiendo de las propiedades de la materia y la energía constituyentes, y es la forma del límite lo que los convierte en lo que son.

Bueno, los agujeros negros son esféricos debido a que la naturaleza de la gravedad es [matemática] 1 / r ^ 2 [/ matemática]. Entonces, todo dentro de un radio schwarzchild específico define el agujero negro por su horizonte de eventos.

En cuanto a las partículas elementales, no tienen forma. Como se ha dicho antes, si piensas en ellas como balas de cañón en miniatura, te estás perdiendo todo el punto de la mecánica cuántica.

Si mide la distancia desde el centro de un objeto a cada punto de la superficie del objeto, si esa distancia nunca varía, entonces tiene una esfera. Esto tiene sentido si la gravedad está tirando por igual en todas las direcciones simultáneamente en el objeto hacia su centro, así como si el objeto viaja en todas las direcciones a través de un medio.

Cualquier otra forma tendrá distancias que varían. Si es así, entonces debería haber una explicación si esa distancia varía. No hay una explicación plausible sobre las fuerzas que existen para las formas que tienen ángulos rectos y superficies planas en el contexto específico que está definiendo. No tiene sentido que ocurra naturalmente.

Bueno, para el protón y el neutrón podemos “ver” su estructura usando dispersión inelástica profunda, y en general son esféricamente simétricos. Los agujeros negros y los electrones son aparentemente puntiagudos y, por lo tanto, no tienen ninguna “forma”.

Pero hay razones aún mejores por las que la esfera es la forma “óptima”: contiene el mayor volumen posible para un área de superficie determinada, y si hay una energía de “tensión superficial” (que generalmente está en el límite entre cualquier material y vacío) se imitará con una forma de gota esférica.

Un cubo define al menos dos direcciones preferidas y, por lo tanto, tiene un grupo de simetría mucho más limitado que una esfera, que es lo más simétrica posible. Es difícil ver cómo el giro intrínseco podría ser una propiedad compatible con un cubo.

Además, los bordes afilados (discontinuidades de dirección) son simplemente feos . Mis instintos dicen que causarán problemas con la mecánica cuántica, pero no puedo evocar un problema específico.

No eran. Cúbico parece bastante improbable. La gravedad no es direccional, por lo que las formas esféricas de cualquier cosa cuya gravedad superficial sea (o sea) más fuerte que la resistencia del material es razonable.
Los electrones son una de las cosas más pequeñas que conocemos. El campo eléctrico es esférico y el campo magnético debido al espín es probablemente más toroidal, pero se desconoce la forma del electrón o lo que sea que esté en el centro de un electrón. No tenemos forma de ver algo tan pequeño, así que solo asumimos que la forma es simple, hasta que se encuentre una forma de probarla.
Los protones y los neutrones no son partículas fundamentales. Cada uno es un grupo muy unido de tres quarks que no son todos del mismo tipo. (Arriba o abajo). Por las mismas razones que para el electrón, se supone que los quarks son esféricos. Pero eso significa que el protón y el neutrón probablemente no sean esféricos. ¿Cómo se juntan tres esferas para obtener una esfera más grande? Desde la distancia no hay forma de ver la falta de uniformidad de los quarks, pero un protón que está muy cerca de un neutrón podría verlo de manera muy diferente.
Supongo que el protón es como un prisma triangular con bordes y esquinas redondeadas. Pero aún no es un cubo. ¿Cómo podríamos probar esta idea?