양자 진공 상태

Quantum vacuum state
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진공에 대한 고전적인 개념은 진공 상태를 참조하십시오.
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양자장론
Feynmann Diagram Gluon Radiation.svg
파인만 도표
역사
배경
대칭
도구들
방정식
표준 모델
불완전한 이론
과학자

양자장론에서 양자진공상태(양자진공상태 또는 진공상태라고도 함)는 가능한 에너지가 가장 낮은 양자상태이다.일반적으로 물리 입자는 포함되어 있지 않습니다.제로 포인트 필드라는 단어는 완전히 개별적인 양자화 필드의 진공 상태와 동의어로 사용되기도 합니다.

진공 상태 또는 양자 진공이라고 불리는 것에 대한 오늘날의 이해에 따르면, 그것은 결코 단순한 빈 [1][2]공간이 아니다.양자역학에 따르면 진공상태는 실제로 비어있는 것이 아니라 양자장을 [3][4][5]드나드는 순간적인 전자파와 입자를 포함하고 있다.

양자전기역학(QED)의 QED 진공은 양자장 이론의 첫 진공이었다.QED는 1930년대에 시작되었고,[6] 1940년대 후반과 1950년대 초반에 파인만, 토모나가, 슈윙거가 1965년에 공동으로 노벨상을 수상하면서 재구성되었다.오늘날 전자기 상호작용과 약한 상호작용은 (매우 높은 에너지에서만) 전기 약 상호작용 이론에서 통합된다.

표준 모델은 알려진 모든 소립자와 그 상호작용(중력 제외)을 포함하기 위한 QED 작업의 일반화입니다.양자 색역학(또는 QCD)은 강력한 상호작용을 다루는 표준 모델의 일부이며, QCD 진공은 양자 색역학의 진공입니다.그것은 거대 강입자 충돌기와 상대론적 중이온 충돌기의 연구 대상이며, 이른바 강한 [7]상호작용의 진공 구조와 관련이 있습니다.

0이 아닌 기대치

주요 기사:진공기대값
자발적인 파라메트릭 다운 변환에 의해 증폭된 진공 변동(빨간색 링 내)을 보여주는 실험 비디오.

만약 양자장이론이 섭동이론을 통해 정확하게 기술될 수 있다면 진공의 특성은 양자역학적 고조파 발진기의 지면 상태 특성, 더 정확히는 측정 문제의 지면 상태와 유사하다.이 경우 필드 연산자의 진공 기대치(VEV)가 사라집니다.섭동 이론이 낮은 에너지에서 분해되는 양자장 이론의 경우(예를 들어 양자 색역학 또는 초전도 BCS 이론) 필드 연산자는 응축수라고 불리는 사라지지 않는 진공 기대값을 가질 수 있습니다.표준 모델에서, 자발적 대칭 파괴에서 발생하는 힉스장의 0이 아닌 진공 기대치는 이론의 다른 필드가 질량을 획득하는 메커니즘입니다.

에너지

주요 기사:진공 에너지

진공 상태는 0점 에너지와 관련되며, 이 0점 에너지(최저 에너지 상태에 해당)는 측정 가능한 효과를 가집니다.실험실에서는 카시미르 효과로 검출될 수 있다.물리 우주론에서, 우주 진공의 에너지는 우주 상수로 나타난다.사실, 1입방센티미터의 빈 공간의 에너지는 1에르의 1조분의 1(또는 0.6eV)[8]로 비유적으로 계산되었습니다.모든 것의 잠재적 이론에 부과되는 두드러진 요구 사항은 양자 진공 상태의 에너지가 물리적으로 관측된 우주 상수를 설명해야 한다는 것입니다.

대칭

상대론적 장 이론에서, 진공은 와이트만 공리에서 나오는 푸앵카레 불변량이지만, 이러한 [9]공리 없이도 직접적으로 증명될 수 있다.푸앵카레 불변성은 필드 연산자의 스칼라 조합만이 소멸되지 않는 VEV를 갖는다는 것을 의미한다.VEV는 필드 이론의 라그랑지안의 내부 대칭을 깨뜨릴 수 있다.이 경우 진공은 이론이 허용하는 것보다 더 작은 대칭을 가지며, 사람들은 자발적인 대칭이 깨졌다고 말한다.표준 모델인 힉스 메커니즘을 참조하십시오.

비선형 유전율

주요 기사:슈윙거 한계

맥스웰 방정식에 대한 양자 보정은 진공에서 작은 비선형 전기 분극 항을 발생시켜 진공 유전율의 공칭값 θ에서0 전계 의존성 전기 분극률 [10]θ를 벗어날 것으로 예상된다.이러한 이론적 발전은 예를 들어 디트리히와 [5]기에 설명되어 있다.양자전기역학 이론은 QED 진공이 약간의 비선형성을 보여 매우 강한 전기장이 존재할 때 허용도가 θ에0 대해 아주 작은 양만큼 증가해야 한다고 예측한다.지속적인 실험[11] 노력의 대상이 되는 것은 강한 전기장이 자유 공간의 유효 투과성을 수정하여 전기장 방향에서 μ 미만0, 수직 방향에서 μ를0 약간 초과하는 값을 가진 이방성 상태가 되는 효과이다.따라서 전계에 노출된 양자진공은 전계 이외의 방향으로 이동하는 전자파에 대해 복굴절을 나타낸다.효과는 커 효과와 유사하지만 물질이 [12]존재하지 않는다.이것은 미세한 비선형성 가상의 면에서 production[13]이 nonlinearities을 상당이 된 특성 전계 강도, 1.32에 대해 × 1018{1.32\times 10^{18\displaystyle}}V/m, 슈윙거 한계로 알려진 거대한 될 것으로 예상됩니다;것과 동등한 커 상수,로 추정돼 해석될 수 있다.AB물의20 커 상수보다 10배 더 작습니다.양자전기역학 이외의 입자물리학에서 이색론에 대한 설명도 [14]제시되었다.그러한 효과를 실험적으로 측정하는 것은 매우 [15]어려우며 아직 성공하지 못했다.

가상 입자

주요 기사:가상 입자

가상 입자의 존재는 양자화된 전자기장의 비정전성을 엄격하게 기반으로 할 수 있습니다.비환산이란 양자 진공 상태에서는 필드의 평균 값이 사라지지만 분산은 [16]사라지지 않는다는 것을 의미합니다."진공 변동"이라는 용어는 최소 에너지 [17]상태에서의 전계 강도의 분산을 의미하며 "가상 [18]입자"의 증거로 그림처럼 묘사된다.때로는 하이젠베르크 에너지-시간 불확도 원리에 기초하여 가상 입자 또는 분산의 직관적인 그림을 제공하려고 시도하기도 한다.

(각각 δE와 δT는 에너지 및 시간 변화, δE는 에너지 측정의 정확도, δt는 측정에 걸리는 시간, δ는 환원 플랑크 상수) 가상 입자의 짧은 수명이 진공 및 입자로부터 큰 에너지를 "빌리는" 것을 허용한다는 선에 따라 논쟁한다.짧은 세대입니다.[19]가상 입자의 현상은 인정되지만 에너지-시간 불확도 관계에 대한 이러한 해석은 [20][21]보편적이지 않다.한 가지 문제는 시간 불확실성 δT가 에너지 δE 차입을 위한 "예산"을 결정하는 것처럼 측정 정확도를 제한하는 불확실성 관계를 사용하는 것이다.또 다른 문제는 에너지와 시간(예를 들어 위치 q 및 운동량 p와 달리)이 표준 정류 관계(예: [q, p] = i [22]µ)를 충족하지 않기 때문에 이 관계에서 "시간"의 의미이다.어떤 종류의 시간 해석을 [23][24]가지면서도 에너지와의 표준 정류 관계를 만족시키는 관측 가능한 것을 구성하기 위해 다양한 계획이 발전되었습니다.에너지-시간 불확실성 원리에 대한 매우 많은 접근방식은 길고 지속적인 [24]주제이다.

양자 진공의 물리적 성질

Astrid Lambrecht(2002)에 따르면:"모든 물질의 공간을 비우고 온도를 절대 0으로 낮추면, 게단켄 실험[사고 실험]에서 양자 진공 [1]상태를 만들어냅니다."파울러 & 구겐하임(1939/1965)에 따르면 열역학 제3법칙은 다음과 같이 정확하게 설명될 수 있다.

어떤 절차에서도, 아무리 이상적이더라도, 한정된 수의 [25]연산으로 어셈블리를 절대 0으로 줄이는 것은 불가능합니다.(「」[26][27][28]도 참조).

광자-광자 상호 작용은 예를 들어 Dirac 전자-양전자 진공장을 통해 다른 필드의 진공 상태와의 상호작용을 통해서만 발생할 수 있습니다. 이것은 진공 [29]편광의 개념과 관련이 있습니다.Milonni(1994)에 따르면, "모든 양자장은 0점 에너지와 진공 [30]변동을 가지고 있다."즉, 전자장, Dirac 전자-양전자장 등과 같은 각 성분장(다른 필드의 개념적 부재에서 고려됨)에 대해 양자 진공의 구성요소가 각각 존재함을 의미합니다.Milonni(1994)에 따르면 진공 전자기장에 기인하는 효과 중 일부는 다른 것보다 더 전통적인 여러 가지 물리적 해석을 할 수 있다.충전되지 않은 전도성 플레이트 사이의 Casimir 흡인력은 진공 전자장의 영향의 예로 종종 제안됩니다.Milonni(1994)는 Schwinger, DeRaad, Milton(1978)에 의해 "진공은 모든 물리적 특성이 [31][32]0인 진정한 상태로 간주된다"는 모델로 카시미르 효과를 설명하는 것으로 타당하게 인용했다.이 모델에서 관측된 현상은 전자장에 대한 전자 운동의 효과로 설명되며, 이를 소스 필드 효과라고 합니다.Milonni는 다음과 같이 쓰고 있습니다.

여기서 기본적인 생각은 카시미르 힘은 완전히 전통적인 QED에서도 소스 필드에서만 도출될 수 있다는 것입니다.Milonni는 일반적으로 진공 전자기장에 기인하는 측정 가능한 물리적 효과는 그 필드만으로 설명될 수 없으며, 전자의 자기 에너지 또는 그 방사선 반응의 기여가 추가로 요구된다는 상세한 주장을 제공한다.그는 다음과 같이 쓰고 있다.'방사선 반응과 진공장은 램 시프트, 반데르발스 힘, 카시미르 효과 [33]등 다양한 QED 프로세스의 물리적 해석에 관한 한 같은 것의 두 가지 측면이다.'

이 관점은 Jaffe(2005)에서도 언급되었다."카시미르 힘은 진공 변동을 고려하지 않고 계산할 수 있으며, QED의 다른 모든 관측 가능한 효과와 마찬가지로 미세 구조 상수 α가 [34]0이 되면 사라집니다."

표기법

진공 상태는 0 { 0 \ } {\ display display display displaydisplay display display （ \ displaystyle 0 \ field the the the {\ 、 \ \ 0 \ phi 0 \ 0 \ rangle 。

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스 및 메모

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  21. ^ 이 "빌리는" 아이디어는 진공의 제로 포인트 에너지를 무한 저장소로 사용하자는 제안과 이 해석에 대한 다양한 "캠프"를 이끌어냈다.예를 들어,
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