ნულოვანი წერტილის ენერგია

ნულოვანი წერტილის ენერგია — სხვაობა სხეულის ყველაზე დაბალ ენერიიასა, რომელიც სხეულს კვანტური მექანიკის სისტემაში შესაძლოა ჰქონდეს, და კლასიკურ მინიმალურ ენერგიას შორის. კლასიკური მექანიკისგან განსხვავებით კვანტური მექანიკა მერყეობს საკუთარ ყველაზე დაბალ ენერგიულ ნაწილში ჰაიზენბერგის გაურკვევლობის პრინციპის დამსახურებით. როგორც ატომებს და მოლეკულებს ასევე ცარიელ ვაკუუმებსაც გააჩნიათ პროპორციები. კვანტური ველის თეორიაზე დაყრდნობით სამყარო შეიძლება წარმოვიდგინოთ არა როგორც იზოლირებული ნაწილაკების, არამედ უსასრულო ველების ერთობლიობა: მატერიის ველები და ძალის ველები, ყველა ამ ველებს გააჩნიათ ნულოვანი წერტილის ენერგია. ამჟამინდელ ფიზიკას აკლია სრული თეორიული მოდელები რომლებიც დაგვეხმაება ნულოვანი წერტილის ენერგიის გაგებაში. პრაქტიკაში განსხვავება თეორიულ და დაკვირვებულ ენერგიებს შორის არის მთავარი გამოწვევის წყარო. ფიზიკოსები რიჩარდ ფეინმანმა და ჯონ ვილერმა გამოთვალეს ნულოვანი წერტილის რადიაცია ვაკუუმში, რომლის მაგნიტუდა უფრო დიდი აღმოჩნდა ვიდრე ბირთვული ენერგიის. ამ რადიაციის ერთ ნათურას შესწევს ძალა ააორთქლოს დედამიწაზე არსებული ყველა ზღვა და ოკეანე. აინშტეინის ფარდობითობის თეორიაზე დაყრდნობით ნებისმიერი ასეთი ენერგია გრავიტირებს. კლასიკურ მექსიკაში ნაწილაკების ენერგია შეადგენს პოტენციური და კინეტიკური ენერგიის ჯამს. მაგალითად, ტემპერატურა იზრდება ნაწილაკების მოძრაობისას რომელიც გამოწვეულია კინეტიკური ენერგიის მიერ. როდესაც ტემპერატურა მცირდება აბსოლუტურ ნულამდე. მაგალითად თხევადი ჰელიუმი არ იყინება ატმოსფეროში ნულოვანი წერტილის გრავიტაციის გამო. აინშტაინის მიერ გამოთქმული მასისა და ენერგიის ეკვივალენტობის გათვალისწინებით, E = mc2, ნებისმიერი წერტილი სივრცეში, რომელიც შეიცავს ენერგიას, შეიძლება ითქვას, რომ ამ სხეულის მასა ქმნის ნაწილაკებს. ვირტუალური ნაწილაკები კოსმოსურ სივრცეში არსებობას აფეთქებით იწყებენ არსებობას სამყაროს ნებისმიერ წერტილში, რაც კვანტური რყევების ენერგიის დამსახურებაა. თანამედროვე ფიზიკაში წარმოიქმნა კვანტური ველის თეორია რათა ფუნდამენტურად შეესწავლათ ენერგიისა და მატერიის ურთიერთქმედება კოსმოსურ სივრცეში. ნულოვანი-წერტილის ენერგია წარმოიშვა ვაკუუმის ისტორიული იდეებიდან. არისტოტელესთვის ვაკუუმი იყო τὸ κενόν, „ცარიელი ადგილი“. მას სჯეროდა რომ ეს კონცეფცია არღვევდა ფიზიკის ძირითად კანონებს და ამტკიცებდა რომ ძირითადი ელემენტეები: ცეცხლი, წყალი და მიწა არ შედგებოდნენ ატომებისგან, მაგრამ უწყვეტნი იყვნენ. ატომისტებისთვის სიცარიელის ცნება აბსოლუტურ ხასიათს ატარებდა: ეს იყო განსხვავება არსებობისა და არარსებობისგან. ვაკუუმის მახასიათებლებზე დებატები დიდად იყო შემოფარგლული ფილოსოფიის დარგის მიერ, ეს გარგძელდა რენესანსის ეპოქამდე მანამ სანამ ოტო ვონ გუერიკემ არ გამოიგონა პირველი ვაკუუმის მტვერსასრუტი და დაიწყო პირველი სამეცნიერო კვლევითი იდეები. შემდგომში, XIX საუკუნეში აღმოაჩინეს რომ ვაკუუმირებული ადგილები კვლავ შეიცავდა თერმულ რადიაციას. ჭეშმარიტი ბათილობით სიცარიელის შემცვლა აეტერის არსებობით იყო იმ დროის ყველაზე გავრცელებული თეორია. ელექტროდინამიკის წარმატებაზე დაყრდნობით, აეტერის თეორია ეფუძნებოდა მაქსველის ელექტროდინამიკას. თუმცა, 1887 წელს მიშელსონ-მოელეის ექსპერიმენტის შედეგი იყო პირველი ძლიერი მტკიცებულება, რომ მაშინდელი გავრცელებული აეტერის თეორიები სერიოზულად იყო გაჟღენთილი და დაიწყო კვლევის ხაზი, რომელმაც საბოლოოდ გამოიწვია სპეციალური ფარდობითობა, რომელიც განპირობებული იყო სტაციონალური აეტერის ერთობლიობით. იმ პერიოდის მეცნიერთათვის, ეს ნიშნავდა რომ ნამვილ ვაკუუმი კოსმოსში ქრებოდა გაცივებით და ენერგიის დაკარგვით. 1900 წელს მაქს პლანკმა მიიღო საშუალო ენერგია ε ენერგიის რადიატორიდან. ε = h ν e h ν / ( k T ) − 1 , {\displaystyle \varepsilon ={\frac {h\nu }{e^{h\nu /(kT)}-1}}\,,} სადაც h არის პლანკის მუდმივა, ν არის სიხშირე, k არის ბოლცმანის მუდმივა და T არის აბსოლუტური ტემპერატურა. ნულოვანი-წერტილის ენერგია არ შედის პლანკის ორიგინალ კანონებში, რადგანაც მისი არსებობა პლანკისთვის 1900 წელს უცნობი იყო. საფუძველი ნულოვანი-წერტილის ენერგიას საფუძველი დაუდო მაქს პლანკმა 1911 წელს გერმანიაში, როგორც მისი 1900 წლის თეორიის კორექტირება. Barton, G.; Scharnhorst, K. (1993). „QED Between Parallel Mirrors: Light Signals Faster Than c, or Amplified by the Vacuum“. Journal of Physics A: Mathematical and General. 26 (8): 2037–2046. Bibcode:1993JPhA...26.2037B. doi:10.1088/0305-4470/26/8/024. ISSN 0305-4470.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Beiser, A. (2003) Concepts of Modern Physics, 6th, Boston: McGraw-Hill. ISBN 978-0072448481. OCLC 48965418.  Bordag, M; Klimchitskaya, G. L.; Mohideen, U.; Mostepanenko, V. M. (2009) Advances in the Casimir Effect. Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-923874-3. OCLC 319209483.  Boyer, T. H. (1970). „Quantum Zero-Point Energy and Long-Range Forces“. Annals of Physics. 56 (2): 474–503. Bibcode:1970AnPhy..56..474B. doi:10.1016/0003-4916(70)90027-8. ISSN 0003-4916. OCLC 4648258537.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Carroll, S. M.; Field, G. B. (1997). „Is There Evidence for Cosmic Anisotropy in the Polarization of Distant Radio Sources?“ (PDF). Physical Review Letters. 79 (13): 2394–2397. arXiv:astro-ph/9704263. Bibcode:1997PhRvL..79.2394C. doi:10.1103/PhysRevLett.79.2394. ISSN 0031-9007.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Conlon, T. E. (2011) Thinking About Nothing : Otto Von Guericke and The Magdeburg Experiments on the Vacuum. San Francisco: Saint Austin Press. ISBN 978-1-4478-3916-3. OCLC 840927124.  Davies, P. C. W. (1985) Superforce: The Search for a Grand Unified Theory of Nature. New York: Simon and Schuster. ISBN 978-0-671-47685-4. OCLC 12397205.  Dunne, G. V. (2012). „The Heisenberg-Euler Effective Action: 75 years on“. International Journal of Modern Physics A. 27 (15): 1260004. arXiv:1202.1557. Bibcode:2012IJMPA..2760004D. doi:10.1142/S0217751X12600044. ISSN 0217-751X.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Einstein, A. (1995) The Collected Papers of Albert Einstein Vol. 4 The Swiss Years: Writings, 1912–1914. Princeton: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-03705-9. OCLC 929349643.  Greiner, W.; Müller, B.; Rafelski, J. (2012) Quantum Electrodynamics of Strong Fields: With an Introduction into Modern Relativistic Quantum Mechanics. Springer. DOI:10.1007/978-3-642-82272-8. ISBN 978-0-387-13404-8. OCLC 317097176.  Haisch, B.; Rueda, A.; Puthoff, H. E. (1994). „Inertia as a Zero-Point-Field Lorentz Force“ (PDF). Physical Review A. 49 (2): 678–694. Bibcode:1994PhRvA..49..678H. doi:10.1103/PhysRevA.49.678. PMID 9910287. დაარქივებულია ორიგინალიდან (PDF) — 2018-07-31. ციტირების თარიღი: 2019-04-06.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Heisenberg, W.; Euler, H. (1936). „Folgerungen aus der Diracschen Theorie des Positrons“. Zeitschrift für Physik. 98 (11–12): 714–732. arXiv:physics/0605038. Bibcode:1936ZPhy...98..714H. doi:10.1007/BF01343663. ISSN 1434-6001.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Heitler, W. (1984) The Quantum Theory of Radiation, 1954 reprint 3rd, New York: Dover Publications. ISBN 978-0486645582. OCLC 924845769.  Heyl, J. S.; Shaviv, N. J. (2000). „Polarization evolution in strong magnetic fields“. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 311 (3): 555–564. arXiv:astro-ph/9909339. Bibcode:2000MNRAS.311..555H. doi:10.1046/j.1365-8711.2000.03076.x. ISSN 0035-8711.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Itzykson, C.; Zuber, J.-B. (1980) Quantum Field Theory, 2005, Mineola, New York: Dover Publications. ISBN 978-0486445687. OCLC 61200849.  Kostelecký, V. Alan; Mewes, M. (2009). „Electrodynamics with Lorentz-violating operators of arbitrary dimension“. Physical Review D. 80 (1): 015020. arXiv:0905.0031. Bibcode:2009PhRvD..80a5020K. doi:10.1103/PhysRevD.80.015020. ISSN 1550-7998.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Kostelecký, V. Alan; Mewes, M. (2013). „Constraints on Relativity Violations from Gamma-Ray Bursts“. Physical Review Letters. 110 (20): 201601. arXiv:1301.5367. Bibcode:2013PhRvL.110t1601K. doi:10.1103/PhysRevLett.110.201601. ISSN 0031-9007. PMID 25167393.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Kragh, H. (2012). „Preludes to Dark Energy: Zero-Point Energy and Vacuum Speculations“. Archive for History of Exact Sciences. 66 (3): 199–240. arXiv:1111.4623. doi:10.1007/s00407-011-0092-3. ISSN 0003-9519.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Kragh, H. S.; Overduin, J. M. (2014) The Weight of the Vacuum : A Scientific History of Dark Energy. New York: Springer. ISBN 978-3-642-55089-8. OCLC 884863929.  Kuhn, T. (1978) Black-Body Theory and the Quantum Discontinuity, 1894-1912. New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-502383-1. OCLC 803538583.  Lahteenmaki, P.; Paraoanu, G. S.; Hassel, J.; Hakonen, P. J. (2013). „Dynamical Casimir Effect in a Josephson Metamaterial“. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (11): 4234–4238. arXiv:1111.5608. Bibcode:2013PNAS..110.4234L. doi:10.1073/pnas.1212705110. ISSN 0027-8424.[მკვდარი ბმული] Leuchs, G.; Sánchez-Soto, L. L. (2013). „A Sum Rule For Charged Elementary Particles“. The European Physical Journal D. 67 (3): 57. arXiv:1301.3923. Bibcode:2013EPJD...67...57L. doi:10.1140/epjd/e2013-30577-8. ISSN 1434-6060.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Loudon, R. (2000) The Quantum Theory of Light, 3rd, Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0198501770. OCLC 44602993.  Mignani, R. P.; Testa, V.; González Caniulef, D.; Taverna, R.; Turolla, R.; Zane, S.; Wu, K. (2017). „Evidence for vacuum birefringence from the first optical-polarimetry measurement of the isolated neutron star RX J1856.5−3754“ (PDF). Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 465 (1): 492–500. arXiv:1610.08323. Bibcode:2017MNRAS.465..492M. doi:10.1093/mnras/stw2798. ISSN 0035-8711. Milonni, P. W. (1994) The Quantum Vacuum: An Introduction to Quantum Electrodynamics. Boston: Academic Press. ISBN 978-0124980808. OCLC 422797902.  Milonni, P. W. (2009) „Zero-Point Energy“, Compendium of Quantum Physics: Concepts, Experiments, History and Philosophy, გვ. 864–866. DOI:10.1007/978-3-540-70626-7. ISBN 9783540706229. OCLC 297803628.  Peebles, P. J. E.; Ratra, Bharat (2003). „The Cosmological Constant and Dark Energy“. Reviews of Modern Physics. 75 (2): 559–606. arXiv:astro-ph/0207347. Bibcode:2003RvMP...75..559P. doi:10.1103/RevModPhys.75.559. ISSN 0034-6861.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Planck, M. (1900). „Zur Theorie des Gesetzes der Energieverteilung im Normalspektrum“. Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. 2: 237–245.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Planck, M. (1911). „Eine neue Strahlungshypothese“. Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. 13: 138–148.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Planck, M. (1912a). „Über die Begründung das Gesetzes des schwarzen Strahlung“. Annalen der Physik. 37 (4): 642–656. Bibcode:1912AnP...342..642P. doi:10.1002/andp.19123420403.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Planck, M. (1912b) „La loi du rayonnement noir et l’hypothèse des quantités élémentaires d’action“, La Théorie du Rayonnement et les Quanta. Paris: Gauthier-Villars, გვ. 93–114. OCLC 5894537227.  Planck, M. (1913) Vorlesungen über die Theorie der Wärmestrahlung. Leipzig: J. A. Barth. OCLC 924400975.  Planck, M. (1958) Physikalische Abhandlungen und Vorträge. Vol. 2. Braunschweig: Vieweg & Sohn. OCLC 603096370.  Power, E. A. (1964) Introductory Quantum Electrodynamics. London: Longmans. OCLC 490279969.  Rafelski, J.; Muller, B. (1985) Structured Vacuum: Thinking About Nothing. H. Deutsch: Thun. ISBN 978-3871448898. OCLC 946050522.  (2012) Universe. New York: DK Pub. ISBN 978-0-7566-9841-6. OCLC 851193468.  Riek, C.; Seletskiy, D. V.; Moskalenko, A. S.; Schmidt, J. F.; Krauspe, P.; Eckart, S.; Eggert, S.; Burkard, G.; Leitenstorfer, A. (2015). „Direct Sampling of Electric-Field Vacuum Fluctuations“ (PDF). Science. 350 (6259): 420–423. Bibcode:2015Sci...350..420R. doi:10.1126/science.aac9788. ISSN 0036-8075. PMID 26429882. Rugh, S. E.; Zinkernagel, H. (2002). „The Quantum Vacuum and the Cosmological Constant Problem“. Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics. 33 (4): 663–705. arXiv:hep-th/0012253. Bibcode:2002SHPMP..33..663R. doi:10.1016/S1355-2198(02)00033-3. ISSN 1355-2198.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Schwinger, J. (1998a) Particles, Sources, and Fields: Volume I. Reading, Massachusetts: Advanced Book Program, Perseus Books. ISBN 978-0-7382-0053-8. OCLC 40544377.  Schwinger, J. (1998b) Particles, Sources, and Fields: Volume II. Reading, Massachusetts: Advanced Book Program, Perseus Books. ISBN 978-0-7382-0054-5. OCLC 40544377.  Schwinger, J. (1998c) Particles, Sources, and Fields: Volume III. Reading, Massachusetts: Advanced Book Program, Perseus Books. ISBN 978-0-7382-0055-2. OCLC 40544377.  Sciama, D. W. (1991) „The Physical Significance of the Vacuum State of a Quantum Field“, The Philosophy of Vacuum. Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0198244493. OCLC 774073198.  (1991) The Philosophy of Vacuum. Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0198244493. OCLC 774073198.  Urban, M.; Couchot, F.; Sarazin, X.; Djannati-Atai, A. (2013). „The Quantum Vacuum as the Origin of the Speed of Light“. The European Physical Journal D. 67 (3): 58. arXiv:1302.6165. Bibcode:2013EPJD...67...58U. doi:10.1140/epjd/e2013-30578-7. ISSN 1434-6060. Weinberg, S. (1989). „The Cosmological Constant Problem“ (PDF). Reviews of Modern Physics. 61 (1): 1–23. Bibcode:1989RvMP...61....1W. doi:10.1103/RevModPhys.61.1. hdl:2152/61094. ISSN 0034-6861.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Weinberg, S. (2015) Lectures on Quantum Mechanics, 2nd, Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-11166-0. OCLC 910664598.  Weisskopf, V. (1936). „Über die Elektrodynamik des Vakuums auf Grund des Quanten-Theorie des Elektrons“ (PDF). Kongelige Danske Videnskabernes Selskab, Mathematisk-fysiske Meddelelse. 24 (6): 3–39.CS1-ის მხარდაჭერა: ref=harv (link) Wilson, C. M.; Johansson, G.; Pourkabirian, A.; Simoen, M.; Johansson, J. R.; Duty, T.; Nori, F.; Delsing, P. (2011). „Observation of the Dynamical Casimir Effect in a Superconducting Circuit“. Nature. 479 (7373): 376–379. arXiv:1105.4714. Bibcode:2011Natur.479..376W. doi:10.1038/nature10561. ISSN 0028-0836. PMID 22094697. Nima Arkani-Hamed on the issue of vacuum energy and dark energy. Steven Weinberg on the cosmological constant problem.