Dmitry Molyavko
апрель 2016.
1118

Объясните простыми словами явление квантовых флуктуаций?

Ответить
Ответить
Комментировать
0
Подписаться
4
2 ответа
Поделиться
АВТОР ВОПРОСА ОДОБРИЛ ЭТОТ ОТВЕТ

Если частицы определённого типа (например, электроны) в принципе существуют в нашем мире, то они могут время от времени возникать из пустоты в виде пар частица-античастица. И не только могут, а постоянно делают это. Эти события и называются квантовыми флуктуациями.

Разумеется, это запрещено законом сохранения энергии. Поэтому пара частиц, родившись из ниоткуда, должна тут же исчезнуть обратно без следа (для этого эти две частицы должны соединиться), возможно, успев немножко повзаимодействовать с окружающими обычными частицами (либо исчезнет одна из нормальных частиц, а свежеродившаяся останется -- никакой разницы нет, они же одинаковые). В результате, хотя квантовые флуктуации происходят всё время повсюду, они обычно очень слабо влияют на мир. Но немножко всё-таки влияют, это подтверждается экспериментами.

Ещё, возможно (твёрдого экспериментального подтверждения нет), бывает, что такие пары рождаются на границе чёрной дыры, и одна частица из пары оказывается снаружи границы, а другая -- внутри. А внутри чёрной дыры всё сложно, там свои законы, и в некотором смысле там частица может иметь отрицательную энергию, так что эта родившаяся из пустоты пара оказывается не нарушающей никаких законов и не обязанной исчезать -- а она как раз и не может исчезнуть, ведь одну частицу из пары засосало в чёрную дыру, а другая улетела.

Может ли возникнуть очень большая квантовая флуктуация, видимая невооружённым глазом (скажем, в виде многих частиц, как-то организованных)? Почему бы и нет; но в обычных условиях она обязана будет исчезнуть за невообразимо, исчезающе маленький промежуток времени.

В стандартной квантовой теории поля, частицы - это по своей сути проквантованные колебания неких полей, которые ведут себя как частицы, обладают чем-то, напоминающим массу, спин и т.д. (поэтому иногда произносят волшебное словосочетание "корпускулярно-волновой дуализм"). 

Т.е. просто по определению, проквантованная флуктуация поля ведет себя зачастую как частица, собственно это именно то, что мы называем частицей. Так как поля заполняют всё пространство вокруг нас, они могут на очень малых масштабах* флуктуировать, а эти флуктуации мы будем интерпретировать как частицы. 

Такие флуктуации, т.е. частицы, хорошо известны, отлично проверены, промерены. С ними связан классический эффект под названием Лэмбовский сдвиг, когда такие частицы в атоме влияют на радиус боровских орбит. 

* Флуктуация с энергией E происходит на таком масштабе времени, чтобы E t ~ h. На таких масштабах закон сохранения энергии не выполняется. 

Ответить