Origin
Teori medan kuantum menyatakan bahwa semua bidang mendasar , seperti medan elektromagnetik, harus dikuantisasi pada setiap titik dalam ruang . Sebuah bidang dalam fisika dapat dibayangkan sebagai jika ruang penuh dengan saling berhubungan bergetar bola dan mata air , dan kekuatan lapangan yang seperti perpindahan bola dari posisi istirahat nya . Teori ini membutuhkan " getaran " dalam , atau lebih tepatnya perubahan dalam kekuatan , bidang tersebut untuk menyebarkan sesuai persamaan gelombang yang sesuai untuk bidang tertentu dalam pertanyaan . Kuantisasi kedua teori medan kuantum mensyaratkan bahwa setiap kombinasi seperti bola semi dikuantisasi , yaitu, bahwa kekuatan lapangan dikuantisasi pada setiap titik dalam ruang . Kanonis , jika bidang di setiap titik dalam ruang adalah osilator harmonik sederhana, kuantisasi yang menempatkan osilator harmonik kuantum pada setiap titik . Eksitasi lapangan sesuai dengan partikel dasar fisika partikel . Dengan demikian , menurut teori , bahkan vakum memiliki struktur sangat kompleks dan semua perhitungan teori medan kuantum harus dibuat sehubungan dengan model ini vakum.
Teori ini menganggap vakum untuk secara implisit memiliki sifat yang sama sebagai sebuah partikel, seperti berputar atau polarisasi dalam kasus cahaya , energi, dan sebagainya . Menurut teori ini , sebagian besar sifat ini membatalkan rata-rata meninggalkan vakum kosong dalam arti harfiah kata . Satu pengecualian penting , bagaimanapun, adalah energi vakum atau nilai ekspektasi vakum energi . Kuantisasi dari osilator harmonik sederhana membutuhkan energi serendah mungkin , atau energi titik nol seperti osilator menjadi:
Menjumlahkan semua osilator mungkin di semua titik dalam ruang memberikan jumlah yang tak terhingga . Untuk menghapus infinity ini, seseorang mungkin berpendapat bahwa hanya perbedaan energi fisik terukur , sebanyak konsep energi potensial telah dirawat di mekanika klasik selama berabad-abad. Argumen ini adalah fondasi dari teori renormalization . Dalam semua perhitungan praktis, ini adalah bagaimana infinity ditangani .
Energi vakum juga dapat dianggap dalam hal partikel virtual ( juga dikenal sebagai fluktuasi vakum ) yang diciptakan dan dihancurkan dari vakum . Partikel-partikel ini selalu diciptakan dari kekosongan dalam pasangan partikel - antipartikel , yang dalam banyak kasus segera memusnahkan satu sama lain dan menghilang . Namun, partikel dan antipartikel dapat berinteraksi dengan orang lain sebelum menghilang, sebuah proses yang dapat dipetakan dengan menggunakan diagram Feynman . Perhatikan bahwa metode ini energi vakum komputasi secara matematis setara dengan memiliki osilator harmonik kuantum pada setiap titik dan , karena itu, menderita masalah renormalization sama.
Tambahan kontribusi energi vakum berasal dari simetri spontan melanggar dalam teori medan kuantum.
Implications
Energi vakum memiliki sejumlah konsekuensi . Pada tahun 1948 , Belanda fisikawan Hendrik BG Casimir dan Dirk Polder meramalkan adanya suatu gaya tarik kecil antara pelat logam ditempatkan erat karena resonansi dalam energi vakum dalam ruang antara mereka . Ini sekarang dikenal sebagai efek Casimir dan sejak itu telah secara ekstensif eksperimental diverifikasi . Oleh karena itu diyakini bahwa energi vakum adalah "nyata " dalam arti yang sama bahwa benda konseptual lebih akrab seperti elektron , medan magnet, dll , adalah nyata . Namun , penjelasan alternatif untuk efek Casimir sejak telah diusulkan.
Prediksi lain lebih sulit untuk memverifikasi . Fluktuasi vakum selalu dibuat sebagai pasangan partikel- antipartikel . Penciptaan virtual ini partikel dekat cakrawala peristiwa lubang hitam telah dihipotesiskan oleh fisikawan Stephen Hawking menjadi mekanisme untuk akhirnya " penguapan " lubang hitam . Energi bersih Universe tetap nol asalkan pasangan partikel memusnahkan satu sama lain dalam waktu Planck . Jika salah satu dari pasangan ini ditarik ke dalam lubang hitam sebelum ini, maka partikel lain menjadi "nyata " dan energi / massa pada dasarnya terpancar ke luar angkasa dari lubang hitam . Kerugian ini adalah kumulatif dan bisa mengakibatkan hilangnya lubang hitam dari waktu ke waktu . Waktu yang dibutuhkan tergantung pada massa lubang hitam tetapi bisa berada di urutan 10100 tahun untuk lubang hitam surya - massa besar.
Energi vakum juga memiliki konsekuensi penting bagi kosmologi fisik. Relativitas khusus memprediksi bahwa energi setara dengan massa , dan karena itu , jika energi vakum adalah " benar-benar ada " , harus mengerahkan kekuatan gravitasi . Pada dasarnya , energi vakum non - nol diharapkan dapat memberikan kontribusi terhadap konstanta kosmologi , yang mempengaruhi ekspansi alam semesta . Dalam kasus khusus energi vakum , relativitas umum menetapkan bahwa medan gravitasi sebanding dengan ρ - 3p ( di mana ρ adalah kerapatan massa-energi , dan p adalah tekanan ) . Teori kuantum vakum selanjutnya menetapkan bahwa tekanan dari energi vakum nol - negara selalu negatif dan sama dengan ρ . Dengan demikian , total ρ - 3p menjadi - 2ρ : Sebuah nilai negatif . Perhitungan ini menyiratkan medan gravitasi menjijikkan , sehingga menimbulkan ekspansi, jika memang keadaan dasar vakum memiliki energi non - nol . Namun, energi vakum secara matematis tak terbatas tanpa renormalization , yang didasarkan pada asumsi bahwa kita hanya dapat mengukur energi dalam arti relatif , yang tidak benar jika kita dapat mengamati secara tidak langsung melalui konstanta kosmologi.
Keberadaan energi vakum juga kadang-kadang digunakan sebagai pembenaran teoritis untuk kemungkinan mesin energi bebas . Telah dikemukakan bahwa karena simetri rusak ( di QED ) , energi bebas tidak melanggar konservasi energi , karena hukum termodinamika hanya berlaku untuk sistem kesetimbangan. Namun , konsensus antara fisikawan adalah bahwa ini tidak benar dan bahwa energi vakum tidak dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi bebas. Secara khusus , hukum kedua termodinamika tidak dipengaruhi oleh adanya energi vakum. Namun, dalam Stochastic Elektrodinamika , kepadatan energi yang dianggap acak medan gelombang suara klasik yang terdiri dari gelombang elektromagnetik nyata kebisingan menyebarkan isotropically ke segala arah. Energi dalam medan gelombang tersebut tampaknya akan diakses , misalnya , dengan tidak lebih rumit daripada directional coupler . Kesulitan yang paling jelas tampaknya menjadi distribusi spektral dari energi , yang kompatibilitas dengan Lorentz invarian membutuhkan untuk mengambil bentuk Kf3 , di mana K adalah konstan dan f menandakan frekuensi. Ini mengikuti bahwa energi dan momentum fluks dalam bidang ini gelombang hanya menjadi signifikan pada panjang gelombang yang sangat pendek di mana teknologi directional coupler saat ini kurang .
History
Pada tahun 1934, Georges Lemaitre menggunakan persamaan yang sempurna-cairan yang tidak biasa dari negara untuk menafsirkan konstanta kosmologi sebagai akibat vakum energi. Pada tahun 1948, efek Casimir memberikan verifikasi eksperimental pertama dari keberadaan energi vakum. Pada tahun 1957, Lee dan Yang membuktikan konsep simetri rusak dan pelanggaran paritas, yang mereka memenangkan hadiah Nobel. Pada tahun 1973, Edward Tryon mengusulkan bahwa alam semesta mungkin fluktuasi vakum kuantum mekanik skala besar di mana positif massa-energi yang seimbang dengan energi potensial gravitasi negatif. Selama tahun 1980, ada banyak upaya untuk menghubungkan bidang yang menghasilkan energi vakum untuk bidang tertentu yang diprediksi oleh upaya teori Ulasan Grand unifikasi dan menggunakan pengamatan alam semesta untuk mengkonfirmasi satu atau versi lain. Namun, sifat yang tepat dari partikel (atau field) yang menghasilkan energi vakum, dengan kepadatan seperti yang disyaratkan oleh teori inflasi, masih merupakan misteri.
0 komentar:
Posting Komentar