題:
真空波動真的一直在發生嗎?
Nathan Reed
2014-11-11 05:51:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

在流行的物理學文章甚至我去過的某些物理學課中,太空的真空被描述為不斷充滿量子漲落。據說,各種規模的各種粒子-反粒子對都在不斷地出現和消失。最終,我們得到了真空的心理圖像,它是洶湧起伏的波濤洶湧的大海,正在發生各種各樣的事情,而不是平靜而平靜的背景。

但是,真空是能量最低的狀態從理論上講,應該是能量本徵態,這意味著它是時不變的(與物理無關的相位因子除外)。因此,正如我們被人們所相信的那樣,真空似乎真的不應該被看作是一個動態的實體,裡面發生了各種各樣的事情。

Jess Riedel在博客中寫道

“真空波動”是指在不包含基態的基礎上測量系統的基態時;

因此,聽起來好像真空波動的存在取決於測量真空,特別是測量某物不會與能量交換(例如,我猜想一個點的場的值)。

關於真空波動始終無處不在的想法的說法有多少道理? ?這真的是一種有用的思考方式,還是只是物理學普及化所傳播的神話?

我不知道真相,但這是一個有用的概念,可以解釋許多觀察到的現象。在始終保持能量的意義上,您處於正確的道路上,但是哈密頓量(可觀察到的能量)的本徵態與質點數不同(即哈密頓量不與之交換)。有關更多詳細信息:運算符。http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_fluctuation
我想澄清您引用的聲明。正如我在博客文章中所說的那樣,“現實過程一直將微觀現象放大到宏觀尺度,從而有效地執行量子測量”。人為測量並非特殊或特權。它們只是自然發生的那種放大過程的另一個例子,即,當某個自由度被複製到其他自由度時。真空波動取決於這種擴增過程,但是它們*並非*取決於人類。
所以是的,從這個意義上說,真空波動不斷發生。這種波動取決於擴增過程,但並非取決於人類。
完全沒有真理;參見http://physics.stackexchange.com/a/250814/7924
作為外行,我在該主題上閱讀了幾天。我的結論是真空中的量子波動確實存在,可以用虛擬粒子來描述。關鍵字在這裡是虛擬的,因此這些粒子實際上並不存在,它們只是簡化計算的數學模型的一部分,或類似的東西。https://zh.wikipedia.org/wiki/虛擬粒子
最好在這裡描述這個概念:https://en.wikipedia.org/wiki/Vacuum_polarization#Explanation我猜數學很複雜。
根據這篇文章,虛擬粒子可以在高能級下變為現實:http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/869/1/012015/meta,但我無法憑藉減少的知識判斷這是否是ture。
只是說,我從詢問“波動”一詞是否合適的角度對這個問題感興趣,並在這裡得出結論:https://physics.stackexchange.com/questions/441144/is-術語量子波動助手的理解/ 441497#441497
八 答案:
Frederic Brünner
2014-11-21 20:35:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

顆粒不會始終一無所有地出現並在此後不久消失。這僅僅是從字面上的費曼圖得出的圖片。計算場的基態能量,即真空,涉及計算其所謂的真空期望值。在微擾理論中,您可以通過累加Feynman圖來實現這一點。此過程涉及的費曼圖包含內部線,這些內部線通常稱為“虛擬粒子”。但是,這並不意味著人們應該將其視為現實的真實圖畫。請參閱我對這個問題的回答,以全面了解虛擬粒子的性質。

John Rennie
2016-11-23 14:41:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

我認為可以為真空波動的初學者提供指導,但這必然涉及一些自由,因此請牢記以下內容。

在開始之前,讓我們提醒自己有關疊加的以下要點。假設我們有一個具有特徵函數$ \ psi_i $的運算符$ \ hat {n} $,並將它放在一個疊加中:

$$ \ Psi = a_0 \ psi_0 + a_1 \ psi_1 + \,…$$

然後,當我們使用運算符$ \ hat {n} $對系統進行測量時,該前提將崩潰,並且將在本徵態$ \ psi_i $中找到它。在該狀態下找到它的概率為$ a_i ^ 2 $。

現在假設我們進行了一次測量,然後將系統放回相同的疊加並進行第二次測量,並繼續重複此操作。我們的測量將返回不同的結果,具體取決於疊加崩潰到的本徵狀態中,因此我們的系統似乎在波動,即隨時間變化。但是,當然不是,這只是量子測量的工作原理,我們將看到與此類似的現像是表觀真空波動的原因。

現在讓我們轉向量子場論,像往常一樣,我們將從一個非相互作用的標量場開始,因為這是最簡單的情況。當我們量化該字段時,我們發現它具有無限數量的狀態。這些狀態稱為Fock狀態,這些Fock狀態是Fock空間中的向量,就像常規QM的狀態是Hilbert空間中的向量一樣。每個Fock狀態都有一個明確定義的粒子數量,並且有一個數字運算符$ \ hat {n} $返回一個狀態的粒子數量。有一個沒有粒子的真空狀態$ \ vert 0 \ rangle $,即$ \ hat {n} \ vert 0 \ rangle = 0 $。

假設我們認為標量場的狀態是具有不同數量粒子的Fock狀態的疊加:

$$ \ vert X \ rangle = a_0 \ vert 0 \ rangle + a_1 \ vert 1 \ rangle + \,…$$

如果我們應用數字運算符,它將隨機將疊加折疊到Fock狀態之一,並返回該狀態下的粒子數。但是因為這是一個隨機過程,所以如果我們重複實驗,每次都會得到不同數量的粒子,並且看起來該狀態下的粒子數似乎在波動。但是我們的狀態\\ vert X \ rangle $並沒有什麼波動,明顯的波動只是疊加的隨機崩潰的結果。

現在,您可能已經猜到了我要怎麼做,儘管我們需要澄清幾點。自由場是一種便利的數學對象,實際上並不存在-所有現實場都在相互作用。相互作用場的狀態不是Fock狀態,也不存在於Fock空間中。實際上,我們對這些狀態知之甚少。但是,我們可以嘗試將交互字段$ \ vert \ Omega \ rangle $的真空表示為自由字段Fock狀態的總和,如果執行此操作,則將數字運算符應用於$ \ vert \ Omega \ rangle $將返回一個有效的隨機值,就像對自由場狀態的疊加一樣。

這就是我們所說的相互作用場的真空漲落。真空狀態沒有波動,但是我們對其進行的測量將返回隨機值,從而呈現出時間依賴性波動的出現。波動的是度量而不是狀態。

我在這裡使用了數字運算符的示例,但是很難看到數字運算符如何對應於任何物理量度,因此僅以概念上的例子為例。但是,我所描述的過程會影響實際的物理測量,並且只要真空不是可觀察到的測量的本徵狀態,就會發生。例如,請參閱電阻分流的約瑟夫森隧道結中的零點波動觀測,Roger H. Koch,D。J. Van Harlingen和Phys的John Clarke。萊特牧師47,1216 可在此處以PDF格式

直到現在我還是以某種方式錯過了看到這個答案的機會。這是一種令人著迷和啟發的方式。謝謝!
好吧,這個答案沒有包括海森堡的不確定性原理,據說這是真空能量的來源。我最近看了一次對倫納德·蘇斯金德的採訪,甚至如此說道。
感謝您將我從其他答案中引向您的答案。因此,由於數字運算符將與自由場理論哈密頓量相通,因此即使具有這個詞的複雜含義,我們也不會得到“波動的”數量的粒子,對嗎?我認為這與以下事實很好地吻合:在自由場理論中,將沒有任何頂點,因此也沒有內部傳播子。
AiliwffxvlCMT正確!
引用馬特·斯特拉斯勒(Matt Strassler)的文章:“量子字段永遠不會保持恆定的值;它們在空間中任何一點的價值總是在抖動。這種抖動稱為量子漲落。“實際上,空間中每個點的場值都在不斷波動” ...這些說法是否也是錯誤的?
@Forge:可能是您的意思[本文](https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/quantum-fluctuations-and-their-energy/)。如果是這樣的話,馬特·斯特拉斯勒(Matt Strassler)正在為非科學家寫作,他在歪曲事實。量子場沒有波動,但是您對其進行的任何測量都會有波動。
摘自[Motls的文章](https://motls.blogspot.com/2014/05/combining-boltzmann-brains-with.html):“重要的是,當我們談論波動時,我們實際上要指定(或至少隱式指定)請記住)一些波動的特定可觀測對象,例如位置和動量。而且那些正在波動的名為Carroll的crackpot是否喜歡它。我們只有實際測量它們時,才能確認它們正在波動。”
...”因此,當我們談論波動時,可觀測值(即埃爾米特算子給出的物理量)的值是波動的,而不是波動函數。波動函數是不可觀察的。”$〜$“同樣,當我們說存在量子波動時,我們並不是說狀態矢量或密度矩陣中的波動(相對)幅度。我們指的是可觀測值的波動–諸如位置和運動量的Hermitian運算符–可以測量得出這些值不是恆定的而是波動的。”
根據定義,@Forge * observables *是您測量的事物。它們不是字段的值,而是您通過測量系統並將其折疊為測量操作員的本徵函數而獲得的值。您引用的帖子很清楚地表明,*度量*不會波動。這就是我在回答中所說的。
我們需要在[聊天室](https://chat.stackexchange.com/rooms/71/the-h-bar)繼續進行此操作
Siva
2014-11-11 08:54:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

確實,真空應該是完全相互作用的哈密頓量的本徵態。但是,從自由理論的哈密頓量(所有相互作用都被視為圍繞該自由理論的擾動)的角度來看,實際基態是由許多真空“整理”的 free 基態之上的波動。

Arnold Neumaier
2016-11-08 23:27:27 UTC
view on stackexchange narkive permalink

存在真空波動,但沒有發生。圍繞真空波動(和相關的虛擬粒子)概念的整個流行圖像完全不受量子場論背後的數學支持。創建它的唯一目的是為喜歡圖像和神秘事物但不了解量子力學實質的讀者說明抽象概念。認真對待此圖像會導致許多無法克服的困難。看我的文章 ” 真空波動神話”。

這個答案(以及您的論文)讀起來很a,但絲毫不會有助於更認真的解釋。
@Scrontch:的嚴肅解釋在https://www.physicsforums.com/insights/physics-virtual-particles/的配套文章“虛擬粒子的物理學”中
evilcman
2016-11-23 15:12:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

確實存在真空波動,但是它們並不是關於系統動力學(時間演化)的陳述。總的來說,這對於量子漲落是正確的。系統的狀態可能非常穩定,但仍將存在量子漲落。一個更正確的說法是:如果可觀測的測量是這樣,則量子波動會出現,即係統狀態不具有該可觀測的確定值(從數學上講,它不是表示可觀測的算子的本徵態)。>

David Elm
2016-11-23 16:26:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

處理奇數量子效應的最好方法是觀察該效應的物理意義。

從真空波動的想法得出的一個預測是,足夠強的電場應該使這些波動極化。在這種情況下,我們談論的是極化虛擬電子-正電子對。這種效應稱為真空極化

另一個含義是,兩個導電板放置得足夠近,應該排除一些量子波動。在這種情況下,我們談論的是虛擬光子受到限制。這稱為卡西米爾效應

量子力學的怪異之一是(某種意義上)發生某種事情的可能性會影響實際發生的事情。費曼(Feynman)對這種想法進行了很好的描述,稱為路徑量子力學的積分公式

我是他的著作QED中關於路徑積分方法的流行級別解釋的忠實擁護者:光與物質的奇怪理論。

Nikos M.
2014-11-11 17:31:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

真空不需要一直保持波動,但是可以說在此時真空度波動的概率$ x,t $不為零。

Vlad Samoilov
2020-04-01 18:04:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

大多數先前的答案認為沒有實際的量子漲落。儘管如此,我們還是觀察到了宇宙微波背景和大規模結構(宇宙網)中場的量子漲落的影響。

cmb_WMAP

根據現代宇宙學理論,場的量子漲落是宇宙中當前不均勻性的種子。由於通貨膨脹期間的快速膨脹,我們可以將這些不均勻性視為該期間內場值的快照。

當然,我們真的不知道150億年前發生了什麼,但是如果我們相信我們的模型,則場值的實際量子漲落對於描述觀測到的宇宙是必要的。

有關更多詳細信息,您可以閱讀此講義或Mukhanov教授的書。



該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
Loading...