¿Qué son las fluctuaciones cuánticas?

A diferencia de la mecánica clásica, en mecánica cuántica, el vacío no está vacío y tiene energía. Una fluctuación cuántica es el cambio temporal en la cantidad de energía en un punto en el espacio, como se explica en el principio de incertidumbre de Werner Heisenberg. La ecuación de incertidumbre de Heisenberg se obtiene multiplicando la incertidumbre energética y la incertidumbre del tiempo siempre es mayor que cero, que se da de la siguiente manera; [1]

“Esto significa que la incertidumbre en la energía de una partícula multiplicada por la incertidumbre del tiempo es mayor o igual que una constante (h-bar / 2). Entonces, por un tiempo muy corto, la incertidumbre en la energía puede ser grande ”. [1] Con la violación de la ley de conservación de energía, esta pregunta no se puede responder con precisión, pero la teoría CPH sin usar el principio de incertidumbre puede responder y muestra que la ley de conservación de energía no viola en ningún caso, incluso a nivel cuántico.

Basado en la teoría del campo cuántico, el vacío cuántico está lleno de partículas virtuales que están en un estado continuo de fluctuación. “Los pares virtuales de partículas-antipartículas se crean a partir del vacío y se aniquilan de nuevo a él. Estas partículas virtuales existen por un corto tiempo dictado por la relación de incertidumbre de Heisenberg ”. [2]

“Por ejemplo, los fotones virtuales que entran y salen de la existencia producen un campo eléctrico fluctuante al azar. En 1947, los físicos descubrieron que el campo cambia los niveles de energía de un electrón dentro de un átomo de hidrógeno y, por lo tanto, el espectro de radiación que emite el átomo. A Un año después, el teórico holandés Hendrik Casimir predijo que el campo también ejercería una fuerza sutil sobre dos placas de metal muy juntas, apretándolas juntas. Esto se debe a que el campo eléctrico debe desaparecer en las superficies de las placas, por lo que solo ciertas ondas ondulantes del campo eléctrico. puede caber entre las placas. En contraste, más ondas pueden empujar las placas desde el exterior, ejerciendo una fuerza neta. El efecto Casimir se observó en 1997 “. [4]

“La presión en las placas debido a las fluctuaciones del vacío difiere en las caras internas, desde la del exterior, ya que se excluyen los modos de longitud de onda larga. La diferencia en estas presiones produce la fuerza de Casmir ”. [4] Ver figura.

La diferencia de presiones entre las caras internas y externas de las placas provoca la fuerza de Casmir

Según Casimir, “Bohr murmuró algo acerca de que la energía de punto cero es relevante”. [5]

Creación de fotones reales a partir de los virtuales.

“Crear luz de la nada no es una idea nueva; de hecho, se remonta a 1970 cuando el estimado físico Gerald Moore predijo la posibilidad. Sin embargo, es la primera vez que se observa”.

“El vacío está lleno de varias partículas que fluctúan dentro y fuera de la existencia. Estas partículas” virtuales “han sido el foco del científico Christopher Wilson. Trabajando con su equipo en la Universidad Tecnológica Chalmers de Suecia, Wilson ha logrado producir fotones reales a partir de estos fotones virtuales. Lo cual, en términos simples, significa que han creado luz medible … de la nada “.

“Los fotones virtuales rebotan en un” espejo “que vibra a casi la velocidad de la luz. El espejo redondo en la imagen es un símbolo, y debajo de eso está el componente electrónico cuántico (denominado SQUID), que actúa como un espejo. Esto hace que los fotones reales aparezcan (en pares) en el vacío. (Ilustración: Philip Krantz, Chalmers) ”[6]

Detección de fluctuaciones cuánticas de vacío.

“Ahora, un equipo de físicos afirma que ha medido esas fluctuaciones directamente, sin perturbarlas o amplificarlas. Sin embargo, otros dicen que no está claro exactamente qué mide el nuevo experimento, que puede ser apropiado para un fenómeno que se origina en el famoso principio de incertidumbre de la mecánica cuántica”. “. [3]

“La configuración en la que un pulso de luz largo” bomba “(rojo) cambia la polarización de un pulso de luz corto” sonda “(verde) también sirve para medir el efecto de las fluctuaciones de vacío, simplemente apagando el haz de la bomba. ADAPTADO DE C. RIEK ET AL., CIENCIA (2015) ”

“Hay muchos experimentos que han observado efectos indirectos de las fluctuaciones del vacío”, dice Diego Dalvit. [3]

¿Cómo podemos explicar la energía del punto cero sin utilizar el principio de incertidumbre?

Lea la respuesta de esta pregunta en la respuesta de Hossein Javadi a ¿Qué no pueden hacer las fluctuaciones cuánticas además de cambiar la cantidad total de energía?

1 – Incertidumbre y partículas virtuales

2 – H. Razmi y SM Shirazi, “¿Es la energía de vacío libre infinita?”

3 – Adrian ChoOct, los físicos observan fluctuaciones cuánticas extrañas del espacio vacío, tal vez, Science, 2015

4 – efecto Casimir, filosofía de la cosmología

5 – Calfísica, energía de punto cero

6 – Bryan Clark, los científicos crean fotones reales a partir de los virtuales, New Atlas, 2011

Las fluctuaciones cuánticas están permitidas por un principio en la Mecánica Cuántica por un principio conocido como Principio de Incertidumbre.
En realidad, el principio de conservación de energía es violado localmente. Las partículas y las antipartículas se crean y aniquilan en un corto espacio de tiempo en el espacio. Tan mayor es la energía de la pareja, menor es su duración de supervivencia. De hecho, el vacío no está completamente ‘vacío’, sufre constantemente fluctuaciones por las cuales tales partículas de rango de energía se crean y aniquilan. Sin embargo, la escala de fluctuación es demasiado pequeña para observar. Ha habido un experimento para verificar su existencia – efecto Casimir
¿Qué significa el principio de incertidumbre? La ‘incertidumbre’ generalmente se usa para transmitir la ausencia de información completa.
¡La incertidumbre reside en la naturaleza misma! Clásicamente, si tiene un sistema y realiza mediciones en condiciones perfectamente idénticas, obtiene el mismo resultado. Por ejemplo, arroje una pelota en el vacío, siempre alcanzará la misma altura siempre que la lance a la misma velocidad y con la misma gravedad. Esto significa que a gran escala la naturaleza es determinista, usted puede saber con certeza qué tan alto se elevará exactamente una pelota. Eso había sido considerado “propiedad” de la naturaleza por los físicos durante siglos.
Pero a escalas microscópicas las cosas son muy raras.
¡Si confina un electrón en un área e intenta medir su posición y momento cada vez obtendrá un rango de valores incluso si el sistema es idéntico para cada medición!
Además (Rango de posición) * (Rango de momento) = constante.
Esto significa que cuanto más confines una partícula en el espacio, más mostrará el rango de valores de momento cuando se mide y viceversa.
Del mismo modo, mayor es la fluctuación de energía menor es su duración de supervivencia.

Como científico, no debería pensar más allá de lo permitido por la teoría de la incertidumbre. Pero si . . .

Encuentro el espacio-tiempo estructurado en campos, que se suman entre sí a cero. Su densidad es la métrica, el Planck Quant. Mientras el impulso esté en equilibrio con su vecindario, el espacio-tiempo se considera vacío. Todas las fluctuaciones suman cero. Si en cierto punto surge del equilibrio y se convierte en una distorsión, solo podría tener un número entero de h . Como hijo del espacio vacío, esta distorsión no puede moverse sola y se propaga a través de los campos en equilibrio. Pero como espacio-tiempo estructurado, estos campos se basan en campos aún más densos y, por lo tanto, más pequeños con una métrica más alta. Una distorsión siempre es más débil que los campos básicos. Una distorsión creada a partir de un campo con una métrica más alta se llama partícula que transporta masa como Fermion y una distorsión creada a partir de un campo con la misma métrica se llama bosen o fotón.

De hecho, los campos base (espacio vacío) son siempre más fuertes que las distorsiones que definen nuestro mundo. No somos realmente reales, es el espacio vacío lo que es real.

La fluctuación cuántica o la fluctuación del vacío es la aparición temporal de partículas energéticas de la nada, como lo permite el principio de incertidumbre.

• El principio de incertidumbre establece que un par de variables conjugadas, como posición / momento y enetgy / time, es importante tener un valor detallado y preciso de cada miembro del par al mismo tiempo. Por ejemplo, una partícula puede salir del vacío durante un intervalo de tiempo muy corto.
• La fluctuación cuántica puede haber sido muy importante en el origen de la estructura del universo.