Posted By: Lumo (** Lumidek **) on 'CZscience'
Title:     Vakuum kvantove elektrodynamiky
Date:      Fri Jul 25 15:13:57 1997

> Otazky 
> 1.Z hlediska kvantove elektrodynamiky neni vakuum (kvantove vakuum) absolutni
>    nic  bez energie -----  Co si mam obecne pod timto predstavit ? Souvisi  
>    tato "nulova energie" vakua s nepresnosti v procesu  mereni v kvantove 
>    mechanice. Jakou hodnotu (rozmezi) ma tato "nulova energie" ? 

Castecne souvisi. Vakuum fotonu se totiz sklada z nekonecne mnoha kvantovych 
harmonickych oscilatoru - pro kazdy stav, v nemz muze foton byt, jeden. 
Klasicky harmonicky oscilator s energii p^2/2m+kx^2/2 muze mit nulovou nebo 
libovolnou jinou kladnou energii. Kvantovy oscilator nemuze mit nulovou 
energii, protoze bychom museli castici napresovat presne do pocatku souradnic 
a pak by musela mit velmi nepresnou hybnost, tj. velkou kinetickou energii.

Energie kvantove oscilatoru je hbar.omega.(k+1/2), kde hbar je mala Planckova 
konstanta, omega klasicka frekvence kmitani, k je cele cislo 0,1,2..., ktere 
lze ztotoznit s poctem fotonu v danem stavu, odpovidajicim oscilatoru.

Realna energie kvantoveho vakua je ovsem samozrejme nulova, a to presne 
nulova. Dana nekonecna konstanta, ktera vznikne poscitanim energii 
hbar.omega/2 od vsech oscilatoru, nema fyzikalni smysl a musi se 
regularizovat na nulu. Kdyby energie nebyla nulova, tak vakuum neni 
invariantni vuci Lorentzovym souradnicim (energie je jen jednou ze slozek 
energie-hybnosti, ktere lze navzajem do sebe transformovat).

Presto ostatni zavery o "nulove energii" plati. Tak kuprikladu elektrony 
mohou s temito "nulovymi kmity" (ktere jiz nejde vice uklidnit) interagovat, 
a tyto interakce davaji vzniknout ruznym jevum, korekcim atp. 

>   jeho konci je predstava vakua jako cehosi neprazdneho, ale to zase odporuje
>   tvrzeni, ze ve vakuu neni vubec nic). Cetl jsem, ze z hlediska kvantove

No tak s takovymi laickymi predstavami, jako ze ve vakuu neni "vubec nic", 
musis byt ve fyzice opatrny. Ve vakuu je ve skutecnosti potencialne uplne 
vsechno, co ve svete muze byt. :-) Jinak receno, jakmile teoreticti fyzici 
pochopi strukturu vakua, pochopi cely svet. Kazda castice, ktera muze v 
prostoru letat, je vibraci nejakeho kvantoveho pole, ktere je pritomne i ve 
vakuu. Ve vakuu tato pole kmitaji minimalni moznou merou. V teorii superstrun 
se tyto vyklady jaksi neprebiraji, to ovsem nic nemeni na tom, ze kvantove 
teorie pole (i s touto ideologii nulovych kmitu apod.) dobre popisuji 
nizkoenergeticky svet - a tudiz tyto predpovedi musi dat i lepsi teorie. 
 
>    mechniky se vakuum da predstavit jako pole oscilatoru a z toho me 
>    vyplyva, ze musi vysilat elektromagneticke vlny. Ale sakra co tam kmita ?

Kdyz nebudes materialista, ale naopak das rozehrat svoji matematickou 
fantazii, vec rychle pochopis. Kmitaji zde primo parametry elmg. pole - 
elektricka a magneticka intenzita. 

Obycejny oscilator (pruzinka) je popisovan polohou x a hybnosti (m.rychlost) 
p, ktere jsou vzajemne dualni. Hybnost je umerna casove derivaci polohy a 
naopak. V pripade elektromagnetickeho pole se situace matematicky lisi pouze 
tim, ze techto "poloh" a k nim dualnich "hybnosti" je nekonecne mnoho, pro 
kazdou Fourierovu komponentu jeden par. Proto tato matematicka analogie 
prinasi i podobnosti ve fyzikalnich zaverech.

Konkretne, poloze oscilatoru odpovida slozka vektoroveho potencialu elmg. pole 
a hybnosti slozka elektrickeho pole. 

> 2. Vubec nerozumim tomu, co jsou to v 1.odstavci citovane "virtualni fotony,
>    ktere vznikaji a zanikaji" a jakym zpusobem  mohou virtualni castice 
>    interagovat s  realnymi casticemi

Virtualni castice je jakasi myslena castice, ktera zpusobuje interakce. Kdyz 
se treba od sebe odrazi elektrostatickou silou dva elektrony, v reci kvantove 
elektrodynamiky si "vymenily virtualni foton". V reci Feynmanovych diagramu

                 /
                /
   >------------<
  /    foton     
 /                

zdola priletaji elektrony, ktere jsou spojeny vodorovnym virtualnim fotonem, a 
zase nahore vyletuji realne elektrony, ale s jinymi hybnostmi. Casimiruv efekt 
nemam v malicku, tak ho necham na dele nebo na nekoho jineho. ;-)

      /////  Superstring/M-theory is the language in which God wrote the world.
    /// O __        Your Lumidek.  mailto:motl@karlin.mff.cuni.cz
   ///           ---------------------------------------------------
  ///_______/             http://www.kolej.mff.cuni.cz/~lumo/
Mazte zbytecne casti replikovanych postu. Uzijte hmat CTRL/K pro smazani radky!
-------------------------------------------------------------------------------