Вакуум пустой? Находятся ли виртуальные частицы в вакууме? Вакуум не равен нулю? [дубликат]

Я процитирую ответ Любоша Мотла на аналогичный вопрос «существует ли вакуум, пустое пространство», который был закрыт. Если Любос ответит здесь, я удалю это:

«вакуум» и «пустое пространство» всегда одно и то же, но всегда нужно быть осторожным в том, что означают эти два синонимичных термина.

Общая теория относительности подразумевает, что единственная «информация», которую несет вакуум в каждой точке, — это так называемый «метрический тензор» — набор чисел, позволяющий вычислить расстояние между любыми двумя соседними точками. Этого достаточно, чтобы вакуум мог сгибаться, как и любой другой материал. Не нужно никаких атомарных составляющих, чтобы можно было говорить о геометрии пространства и гарантировать, что среда способна искривляться (и отличить плоскую область вакуума от искривленной).

Квантовая теория поля предполагает, что вакуум заполнен виртуальными частицами, которые появляются и быстро исчезают. Эти виртуальные частицы воздействуют на другие объекты — например, они делают электромагнетизм немного слабее на больших расстояниях (и сильнее на очень коротких), чем можно ожидать от классического закона Кулона и т. д.

Однако квантовая механика подразумевает, что вакуум соответствует очень конкретному «состоянию» — вектору в гильбертовом пространстве — называемому |0⟩. Он совершенно уникален и настолько пуст, насколько это вообще возможно. В частности, это собственное состояние оператора энергии с минимально допустимой энергией — практически нулевой. (Точнее, плотность энергии вакуума есть не что иное, как величина темной энергии, но эта энергия становится значительной только для огромных космологических объемов пространства.)

Принцип неопределенности квантовой механики подразумевает, что при измерении таких вещей, как напряженность электрического поля в вакууме, т. е. когда физическая система находится в состоянии |0⟩, можно получить много случайных значений. Не допускается, чтобы электрическое и магнитное поля были равны нулю точно так же, как частица не может иметь четко определенного положения и скорости в квантовой механике одной частицы.

Таким образом, несмотря на то, что вакуум имеет четко определенную (минимальную) энергию, и она настолько мала, насколько мы можем получить, вакуум настолько пуст, насколько мы можем получить, и в вакууме нет конкретных «атомов» или других частиц. , в вакууме происходит много активности, что видно по тому факту, что измерения различных вещей, таких как плотность энергии в данной точке, приведут к случайным результатам, которые не строго равны нулю.

Теперь представление о вакууме как о «буквально пустом пространстве», имеющем только метрический тензор в каждой точке; и квантовая картина при всей активности виртуальных частиц на самом деле полностью совместимы друг с другом. Однако утверждение общей теории относительности о том, что метрический тензор имеет определенные значения в данной точке, следует рассматривать как классическое приближение: если мы посмотрим на него точно, метрический тензор также является набором операторов. Они неизбежно будут иметь переменные и хаотические значения, если они будут измерены — они просто «приблизительно равны нулю», если они усредняются по достаточно большим объемам.

Итак, на этом фоне ваши последние вопросы:

1. Пылесос пустой или нет?

Не пустой, потому что во Вселенной, в которой мы существуем, существует темная энергия, но ее количество настолько мало, что ее можно считать пустой, в смысле почти нулевого содержания энергии.

2. Находятся ли виртуальные частицы в вакууме?

Только если происходят взаимодействия, виртуальные частицы влияют на измеряемые величины. В противном случае они являются математической абстракцией

3.Может ли Вселенная возникнуть из ничего?

Мы не знаем, как возникла наблюдаемая Вселенная. Предлагаются различные модели, как и в той, которую вы цитируете. Наша наблюдаемая Вселенная в основном состоит из частиц, и эта асимметрия частицы-античастицы не поддается объяснению в рамках современных теорий ( CP-нарушение в физике элементарных частиц слишком мало, чтобы объяснить это). Модели, о которых я знаю, начинаются с равного числа частиц-античастиц и предполагают, что к водородному веку неизвестное еще CP-нарушение дало наблюдаемую нами асимметрию.

Вакуум пустой?

Нет. Космос не ничто. См. Эйнштейн, говорящий об этом здесь : «Эта пространственно-временная изменчивость взаимных отношений эталонов пространства и времени, или, может быть, признание того факта, что «пустое пространство» в своем физическом отношении не является ни однородным, ни изотропным, вынуждает Если бы мы описали его состояние десятью функциями (потенциалами тяготения gmn), я думаю, что это окончательно избавило нас от представления о том, что пространство физически пусто ».

Находятся ли виртуальные частицы в вакууме?

Нет. Виртуальные частицы виртуальны, а не реальны. Это поп-научный миф о том, что космос полон виртуальных частиц, которые появляются и исчезают, как по волшебству. Флуктуации вакуума реальны. Это электромагнитный эквивалент небольшой ряби на поверхности моря. Но не думайте, что они объясняют пространственную энергию. Гравитационное поле — это место, где пространственная плотность энергии меняется, и это не потому, что вблизи звезды больше вакуумных флуктуаций.

Вакуум не равен нулю?

Энергия вакуума отлична от нуля.

Вакуум пустой? Как это не пусто?

Оно не пусто, потому что поле имеет энергию, а поле — это состояние пространства. См. Эйнштейн, говорящий об этом здесь : «Два типа поля причинно связаны в этой теории, но все же не слиты в тождество. Однако едва ли можно представить себе, что пустое пространство имеет условия или состояния двух существенно различных видов, и естественно подозревать, что это только кажется таковым, поскольку структура физического континуума не полностью описывается римановой метрикой».

Но никто не может объяснить это серьезно и просто, чтобы я мог полностью это понять.

Я думаю, это проще, чем вы думаете. Просто взгляните на тензор энергии-импульса напряжения :

_{Изображение общественного достояния от Maschen, см. Википедию.}

Обратите внимание на касательное напряжение и давление, и помните такие вещи, как «искривленное пространство-время». Общая теория относительности рассматривает пространство как некий прозрачно-призрачный эластичный континуум. Когда вы добавляете энергию для создания гравитационного поля, это немного похоже на выталкивание пространства наружу. ИМХО это как пространство и энергия это одно и то же.

Некоторые физики говорят, что виртуальные частицы были большой ложью.

Они не ложь, они просто виртуальны . Ложь — это идея о том, что пространство заполнено виртуальными частицами, которые появляются и исчезают.

Не возникает в вакууме?

Нет, это кванты поля, используемые для моделирования полей и взаимодействий. См. ответ Анны на этот вопрос . Виртуальные частицы существуют только в математике модели.

Что правда о вакууме?

Это ничто. Космос поддерживает поля и волны.

Что эта бумага говорит нам?

Ничего особенного. Это спекулятивно.

Вакуум пустой или нет?

Нет.

Находятся ли виртуальные частицы в вакууме?

Нет. Только по математике.

Может ли Вселенная возникнуть из ничего?

Нет. Потому что даже когда люди говорят, что наша Вселенная возникла из-за колебаний вакуума, что-то колебалось .