Fluctuații zero

Fluctuațiile punctului zero sunt fluctuații ale unui sistem cuantic în starea fundamentală , cea mai scăzută energie, datorită principiului incertitudinii .

Ele au fost descoperite pentru prima dată în cuantizarea oscilatoarelor armonice, iar termenul este de obicei folosit în legătură cu sistemele reprezentate ca o colecție a acestora, cum ar fi câmpurile cuantice libere . Există vibrații zero ale vidului și vibrații zero ale atomilor unui mediu condensat , care se stabilesc după „înghețarea” vibrațiilor termice normale ale rețelei cristaline . Astfel, energia punctului zero nu este altceva decât energia stării fundamentale a sistemului. Energia oscilației zero a unui oscilator este egală cu

unde  este constanta lui Planck ,  este frecvența oscilației zero.

Aceeași formulă determină și energia oscilațiilor zero ale vidului fizic , care se numește energie zero [1] . Formal, energia totală a oscilațiilor în punctul zero a unui volum finit de vid fizic este infinită , cu toate acestea, din punctul de vedere al mecanicii cuantice , este practic imposibil să o folosești, deși duce la efecte subtile precum deplasarea Lamb . iar efectul Casimir .

Oscilații zero ale câmpului electromagnetic

Vidul în teoria modernă a câmpurilor cuantice înseamnă starea fundamentală, cea mai joasă a câmpurilor care descriu particulele elementare corespunzătoare . În electrodinamica cuantică se disting vidul câmpului electromagnetic și vidul câmpului electron-pozitroni . Din relația de incertitudine rezultă că, în starea de vid, câmpurile efectuează oscilații zero , care sunt considerate stări cu perechi particulă - antiparticulă care apar practic .

Matematic, acest fenomen pentru un câmp electromagnetic poate fi reprezentat ca un set de oscilatoare armonice independente cu toate valorile posibile ale vectorului de undă . În acest caz, intensitatea câmpului electric joacă rolul vitezei, iar intensitatea câmpului magnetic joacă rolul coordonatelor. Din mecanica cuantică rezultă că un oscilator poate fi doar în stări cu valori discrete de energie:

unde  este numărul de fotoni cu vector de undă . În starea de bază, cea mai joasă, a câmpului electromagnetic, nu există fotoni, adică, în acest caz, energia câmpului electromagnetic în starea de vid se dovedește a fi o valoare infinit de mare

În electrodinamica cuantică , ei trec la numărarea energiei nu de la zero, ci de la nivelul zero al stării de vid a câmpului electromagnetic. Valorile medii ale câmpurilor electrice și magnetice în stare de vid sunt egale cu zero, dar valorile medii ale pătratelor acestor mărimi sunt mai mari decât zero.

În 2019, au fost efectuate măsurători directe ale oscilațiilor zero ale câmpului electromagnetic într-un cristal neliniar în timpul trecerii radiației laser prin acesta [2] .

În experimente

Prezența oscilațiilor zero ale câmpului electromagnetic al vidului duce la efecte și consecințe care pot fi observate în experiment . Cele mai cunoscute manifestări ale oscilațiilor în punctul zero ale câmpului electromagnetic al vidului sunt efectul Casimir [3] [4] , emisia spontană și deplasarea Lamb .

Vezi și

Note

  1. ↑ A. M. Prohorov. Enciclopedie fizică , articol „Zero oscilații” ( versiune electronică ).
  2. ↑ Ileana-Cristina Benea-Chelmus, Francesca Fabiana Settembrini, Giacomo Scalari, Jérôme Faist . Măsurători de corelare a câmpului electric asupra stării de vid electromagnetic Arhivat 4 mai 2019 la Wayback Machine // Nature , volumul 568, paginile 202–206 (2019).
  3. ↑ Martynenko A.P. Vacuum in modern quantum theory, Soros Educational Journal , vol. 7, nr. 5, 2001, p. 86-91.
  4. ↑ Sadovsky M. V. Lectures on quantum field theory, Moscova-Izhevsk: Institute for Computer Research, 2003, 480 p., ISBN 5-93972-241-5 , 800 de exemplare.

Literatură