Что такое «Энергия» вакуума в контексте квантовой теории?

Я не физик и не космолог, поэтому надеюсь, что задаю правильный вопрос с правильными словами.

Мой вопрос касается слова «энергия», поскольку оно относится к состояниям квантового вакуума и к таким понятиям, как теория «чего-то из ничего» Лоуренса Краузе.

Когда я слышу слово «ничего», я представляю себе «пустоту», то есть пустое множество. Но Краузе, Ева Сильверштейн и Дж. Ричард Готт (2-часовое видео на YouTube с дебатами о «ничего», организованное Нилом де Грассом Тайсоном — последний сегмент URL = watch?v=sNh-pY3hJnY), кажется, говорят, если я правильно понимаю, что эта пустота имеет ненулевое энергетическое состояние, и из-за этого квантовые флуктуации создают «что-то» из ничего.

Должен сказать, что для меня это немного похоже на махание руками и ласковые словечки, но, возможно, мое невежество совершает несправедливость.

Но если это то, что происходит, то является ли это «ничто» на самом деле пустотой? Энергия есть что-то, и тогда «ничто» что-то содержит. И я не понимаю, как это могло быть так.

Вопрос: Что именно ЯВЛЯЕТСЯ «энергией». При использовании в этом контексте это звучит очень похоже на флеботинум.

Посмотрите в Википедии квантовый гармонический осциллятор . Вы увидите, что, поскольку оператор положения и импульса не коммутируют, нижняя энергия не равна нулю. В квантовой теории поля поведение релятивистских бозонных полей точно такое же (релятивистское бозонное поле - это просто сумма независимых квантовых гармонических осцилляторов, помеченных импульсом и, в конечном итоге, спином)
С математической точки зрения вакуум в квантовых теориях поля — это не пустое множество. Это точный вектор (гильбертова) пространства каждой конкретной теории. Таким образом, имеет свойства, отличные от свойств пустого множества.
См. Также эффект Казимира для реализации физических сил, возникающих из вакуума.
Проблема с «настоящим ничем» заключается в том, что оно нефизично: возьмите объем пространства и удалите «все», и вы получите не «ничто», а вакуум, который, с философской точки зрения, есть «нечто». '. Краусс делает шаг за пределы вакуума и предполагает, что пространство-время, а также законы физики, какими мы их знаем, возникают динамически (например, посредством нарушения симметрии) из истинного основного состояния теории квантовой гравитации. Это основное состояние и есть то, что он называет «ничего».

Ответы (2)

Я думаю, что ключевым концептуальным препятствием является то, что состояние вакуума не есть ничто .

Квантовая теория поля описывает материю как возбуждения в квантовых полях. Эти квантовые поля — очень странные вещи, и я не знаю простого способа объяснить нефизику, что такое квантовое поле. Главное, что квантовые поля заполняют все пространство-время. Так что вакуум — это не ничто , а скорее самое низкое энергетическое состояние квантовых полей. Это состояние с самой низкой энергией не является нулевой энергией, это просто состояние, из которого невозможно извлечь какую-либо энергию — вот что делает его самым низким .

С этой точки зрения вещи (надеюсь) выглядят менее загадочными. Колебания не создают что-то из ничего. Ничто на самом деле содержит квантовые поля, а флуктуации — это флуктуации этих квантовых полей.

Знаете ли вы какой-нибудь простой способ объяснить физику, что такое квантовое поле?
@tparker нет :-)

Ответ Джона Ренни уже хорош, но я хочу добавить один момент: эти колебания очень и очень короткие. В квантовой механике есть принцип неопределенности Гейзенберга, который часто формулируется как

Δ Икс ⋅ Δ п ≤ ℏ 2
и это означает, что для любого квантового объекта (подумайте об электроне или позитроне, созданном в такой флуктуации вакуума) вы никогда не будете знать его местонахождение и его импульс (который представляет собой массу, умноженную на скорость) в одно и то же время. Это может быть не так интуитивно понятно, но с помощью некоторой базовой математики можно показать, что вы можете сформулировать этот принцип так же, как
Δ Е ⋅ Δ т ≤ ℏ 2
поэтому энергия, умноженная на время (существования!) этой частицы, меньше как очень очень малое число. А так как энергия частицы довольно велика (по крайней мере, у нее должна быть масса, а это всего лишь еще одна форма энергии, вспомните Эйнштейна). Е "=" м с 2 ) срок его службы чрезвычайно короток.

И на самом деле, если вы посмотрите на вакуум в течение более длительного времени и возьмете среднюю энергию, которую вы видели, она на самом деле равна нулю (поскольку, как сказал Джон, она определяется как извлечение энергии невозможно), но из среднего значения нет. содержать любую информацию о состоянии в один момент времени.

Эта информация полезна, но я не уверен, что она прямо отвечает на мой вопрос. Это, вероятно, моя вина, что я «запутался» с упоминанием контекста, на который я ссылаюсь. Вы упоминаете «среднюю энергию» вакуума; так что же такое эта энергия? Из чего оно СДЕЛАНО или из чего состоит?
@OldGuyinStanton Энергия — это абстрактная величина. По физическому определению это способность системы выполнять «работу». В классической механике это очевидно и довольно просто для понимания. И эти определения были расширены и обобщены с развитием современной физики... Но энергия не "сделана из", она не "существует" - это просто число для описания системы/объекта/вселенной в заданных аксиоматических рамках. по физике...
Неравенства Гейзенберга инвертированы выше. Должно быть ≥ , и не ≤ .
Что такое «Энергия» вакуума в контексте квантовой теории?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v