Nolla vaihtelua

Nollapisteen vaihtelut ovat epävarmuusperiaatteesta johtuvia perustilassa olevan kvanttijärjestelmän vaihteluita , jotka ovat energialtaan alhaisimpia .

Ne löydettiin ensimmäisen kerran harmonisten oskillaattorien kvantisoinnissa, ja termiä käytetään yleensä niiden kokoelmana esitettyjen järjestelmien, kuten vapaiden kvanttikenttien, yhteydessä . Kondensoituneen väliaineen tyhjiövärähtelyjä ja atomien värähtelyjä on nolla , jotka muodostuvat kidehilan normaalien lämpövärähtelyjen "jäätymisen" jälkeen . Siten nollapisteen energia ei ole muuta kuin järjestelmän perustilan energiaa . Yhden oskillaattorin nollavärähtelyn energia on yhtä suuri kuin

missä  on Planckin vakio ,  on nollavärähtelyn taajuus .

Sama kaava määrittää myös fysikaalisen tyhjiön nollavärähtelyjen energian , jota kutsutaan nollaenergiaksi [1] . Muodollisesti fyysisen tyhjiön äärellisen tilavuuden nollapistevärähtelyjen kokonaisenergia on ääretön , mutta kvanttimekaniikan kannalta sitä on käytännössä mahdotonta käyttää, vaikka se johtaa hienovaraisiin vaikutuksiin, kuten Lamb-siirtymään . ja Casimir-ilmiö .

Sähkömagneettisen kentän nollavärähtelyt

Tyhjiö tarkoittaa nykyaikaisessa kvanttikenttäteoriassa kenttien perustilaa, joka kuvaa vastaavia alkuainehiukkasia . Kvanttielektrodynamiikassa erotetaan sähkömagneettisen kentän tyhjiö ja elektroni -positronikentän tyhjiö . Epävarmuussuhteesta seuraa, että tyhjiötilassa kentät suorittavat nollavärähtelyjä , joita pidetään tiloina, joissa on virtuaalisesti esiin nousevia hiukkas - antihiukkas-pareja .

Matemaattisesti tämä sähkömagneettisen kentän ilmiö voidaan esittää itsenäisten harmonisten oskillaattorien sarjana kaikilla mahdollisilla aaltovektorin arvoilla . Tässä tapauksessa sähkökentän voimakkuudella on nopeuden rooli ja magneettikentän voimakkuudella koordinaattien rooli. Kvanttimekaniikasta seuraa, että oskillaattori voi olla vain tiloissa, joilla on erilliset energia-arvot:

missä  on fotonien lukumäärä aaltovektorilla . Sähkömagneettisen kentän alimmassa perustilassa ei ole fotoneja, eli tässä tapauksessa sähkömagneettisen kentän energia tyhjiötilassa osoittautuu äärettömän suureksi arvoksi

Kvanttielektrodynamiikassa ne siirtyvät laskemaan energiaa ei nollasta, vaan sähkömagneettisen kentän tyhjiötilan nollatasosta. Sähkö- ja magneettikenttien keskiarvot tyhjiötilassa ovat nolla, mutta näiden määrien neliöiden keskiarvot ovat suurempia kuin nolla.

Vuonna 2019 suoritettiin sähkömagneettisen kentän nollavärähtelymittauksia epälineaarisessa kiteessä lasersäteilyn kulkiessa sen läpi [2] .

Kokeissa

Tyhjiön sähkömagneettisen kentän nollavärähtelyt johtavat kokeessa havaittaviin vaikutuksiin ja seurauksiin . Tyhjiön sähkömagneettisen kentän nollapistevärähtelyjen tunnetuimmat ilmentymät ovat Casimir-ilmiö [3] [4] , spontaani emissio ja Lamb-siirtymä .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ A. M. Prokhorov. Fyysinen tietosanakirja , artikkeli "Zero oscillations" ( sähköinen versio ).
  2. ↑ Ileana-Cristina Benea-Chelmus, Francesca Fabiana Settembrini, Giacomo Scalari, Jérôme Faist . Sähkökentän korrelaatiomittaukset sähkömagneettisen tyhjiön tilassa Arkistoitu 4. toukokuuta 2019 Wayback Machinessa // Nature , nide 568, sivut 202–206 (2019).
  3. ↑ Martynenko A.P. Tyhjiö modernissa kvanttiteoriassa, Soros Educational Journal , osa 7, nro 5, 2001, s. 86-91.
  4. ↑ Sadovsky M. V. Luennot kvanttikenttäteoriasta, Moskova-Izhevsk: Institute for Computer Research, 2003, 480 s., ISBN 5-93972-241-5 , 800 kopiota.

Kirjallisuus