Нулево люлеене

От Уикипедия, свободната енциклопедия
Отидете на навигация Отидете на търсене
Видове енергия :
Atwood machine.svg Механични Потенциал
Кинетичен
Вътрешен
Sun corner.svg електромагнитни Електрически
Магнитни
Лого на портала за нефт и газ.PNG Химически
Символ за радиация alternate.svg ядрен
Гравитационна
Вакуум
Хипотетично:
Тъмно
Вижте също: Закон за запазване на енергията

Нулевите вибрации са флуктуации на квантова система в основно състояние , с най-ниска енергия, поради съществуването си на принципа на неопределеността .

Те са открити за първи път при квантуването на хармонични осцилатори и терминът обикновено се използва във връзка със системи, които могат да бъдат представени като набор от тях, например към свободни квантови полета . Съществуват нулеви вакуумни трептения и нулеви вибрации на атомите на кондензирана среда , които се установяват след „замръзване“ на нормалните термични вибрации на кристалната решетка . По този начин енергията на вибрациите в нулева точка не е нищо повече от енергията на основното състояние на системата. Енергията на нулева вибрация на един осцилатор е

където - константа на Планк , Това е честотата на нулева вибрация.

Същата формула определя енергията на нулевите вибрации на физическия вакуум , която се нарича нулева енергия[1] . Формално общата енергия на трептения в нулева точка на краен обем на физическия вакуум е безкрайна , но от гледна точка на квантовата механика е практически невъзможно да се използва, въпреки че води до фини ефекти като изместването на Ламб и ефект на Казимир .

Нулеви флуктуации на електромагнитното поле

Вакуум в съвременната квантова теория на полето означава основата, най-ниското състояние на полетата, описващи съответните елементарни частици . В квантовата електродинамика се прави разлика между вакуума на електромагнитното поле и вакуума на електрон-позитронното поле . От съотношението на неопределеността следва, че във вакуумно състояние полетата извършваттрептения в нулева точка , които се разглеждат като състояния с на практика възникващи двойки частица-античастица .

Математически това явление за електромагнитно поле може да бъде представено като набор от независими хармонични осцилатори с всички възможни стойности на вълновия вектор . В този случай силата на електрическото поле играе ролята на скорост, а силата на магнитното поле играе ролята на координати. От квантовата механика следва, че осцилаторът може да бъде само в състояния с дискретни енергийни стойности:

където Е броят на фотоните с вълнов вектор ... По принцип в най-ниското състояние на електромагнитното поле фотоните липсват, т.е В този случай енергията на електромагнитното поле във вакуумно състояние се оказва безкрайно голяма

В квантовата електродинамика те преминават към отчитане на енергия не от нула, а от нулевото ниво на вакуумното състояние на електромагнитното поле. Средните стойности на електрическите и магнитните полета във вакуумно състояние са равни на нула, но средните стойности на квадратите на тези стойности са по-големи от нула.

През 2019 г. бяха извършени директни измервания на нулеви трептения на електромагнитното поле в нелинеен кристал при преминаване на лазерно лъчение през него [2] .

В експерименти

Наличието на нулеви трептения на електромагнитното поле на вакуума води до ефекти и последствия, които могат да се наблюдават в експеримента . Най-известните прояви на нулеви трептения на електромагнитното поле на вакуум са ефектът на Казимир [3] [4] , спонтанното излъчване и изместването на Ламб .

Вижте също

Бележки (редактиране)

  1. А. М. Прохоров. Физическа енциклопедия , статия "Нулеви трептения" ( електронна версия ).
  2. Илеана Кристина-Бенеа-Челмус, Франческа Фабиана Сетембрини, Джакомо Скалари, Жером Фаист. Измервания на корелация на електрическото поле върху състоянието на електромагнитния вакуум // Nature , том 568, стр. 202–206 (2019).
  3. Мартиненко А. П. Вакуумът в съвременната квантова теория, Образователен вестник на Сорос , том 7, № 5, 2001 г., стр. 86-91.
  4. Садовски М. В. Лекции по квантовата теория на полето, Москва-Ижевск: Институт за компютърни изследвания, 2003 г., 480 стр., ISBN 5-93972-241-5 , 800 копия.

литература