假设我们正在观看魔术表演，魔术师给了我们一个金属盒子和一个粒子探测器来调查里面的情况。 我们打开盒子并用探测器检查它是否完全没有颗粒。 从物理上讲，我们会说盒子处于最低能量状态或 空状态嗯，里面什么也没有……显然。
现在魔术师将盒子完全密封，并将其放入一个装置中，使其壁以非常高的频率振动。 几秒钟后，他再次给了我们盒子，当我们打开它时……惊喜！ 我们的探测器开始测量内部是否存在颗粒。 盒子原本是空的，在整个过程中都是密封的，现在不再那么空了。 诀窍在哪里？
“没有什么戏法，这就是魔法。”魔术师回答道。
这 魔法 量子力学的
事实上，我们的直觉告诉我们，如果盒子里一开始什么都没有，那么虚空中就不可能像魔术一样自发地产生任何东西。 “一定有什么诡计，”我们离开演出时会想。 嗯，不，没有什么技巧，也不是魔法：它是 量子力学。
像往常一样，量子理论打破了我们所有的计划，并表明我们的直觉是建立在以下原则之上的： 经典物理学。
在量子物理学中，即使观察者清空盒子内部的所有物质内容，我们也找不到单个粒子或 光子 尽管看起来令人惊讶，但系统所产生的空状态并不是真正的“空”。 这个盒子充满了我们所说的“量子场”，事实上，观察者可以测量内部的非零能量。
一个球场
什么是 量子场？
大大简化，量子场可以理解为一个无限的虚拟球网络，渗透到整个宇宙中。 时空。 这些球通过弹簧互连，使网络能够以不同的方式振动 振荡模式。 换句话说：量子场可以理解为无限的集合 谐振子 耦合并位于时空的每个点。
所述量子场可以处于不同的状态，每种状态都可以通过其能量值来表征。 当场处于最低能量状态时，我们说它处于空状态。 但无论是在禁区以内还是在禁区外，这种空虚都是不一样的。
在箱子外面
如果场是自由的（没有魔术师盒子的壁或任何其他相互作用施加的约束），则互连谐振子的弹簧将处于平衡或松弛状态， 势能 努拉。
因为每个振荡器可以具有非零势能，所以这是自由场的最小能量状态，或空状态，我们可以方便地将其能量值设置为零。
盒子里面
现在，金属盒子内的情况已经不同了。 在这种情况下，与场自由时相比，墙壁可以“拉紧”耦合无限球（量子场的无限谐振子）的弹簧。
这种“张力”导致每个振荡器的势能不为零。 因此，即使在最低能量状态下，观察者也可以在盒子内测量非零能量值。 更重要的是，盒子越小，它测量到的能量就越多，因为里面的振荡器越“紧张”。
这就是所谓的 卡西米尔效应（静态）。 在经典意义上，盒子仍然是空的，因为里面没有粒子，但场的空状态被称为“应变”或“极化”，因为场具有与自由时不同的能量。
例如，对于由两个无限延伸的平行金属板组成的理想“盒子”，量子场论预测的单位体积能量为：-hc/L⁴（Pi/1440）。 在此表达式中，“c”表示 真空中的光速“L”是板之间的距离，“h”是 普朗克常数。 正如我们所看到的，板间距越小，真空能越大。 普朗克常数的存在表明所述能量具有真正的量子起源。 在经典极限下，h = 0，真空能量为零。
但是……粒子是如何产生的？
到目前为止我们已经讨论了能源。 但探测器却在盒子里发现了颗粒！ 量子场如何解释魔术师盒子里粒子的存在？
如果量子场的谐振子虚拟网络（无限互连的球）受到某些外部因素的干扰，则可以在网络中激发振动或振荡模式。 这些模式在物理上以时空传播的波或粒子的形式表现出来。
这正是魔术师机器产生的盒子振动所发生的情况。 墙壁与振荡器网络耦合，从而刺激场本身的振动。 换句话说，盒子的振荡激发了场，该场从空态转变为更高能量的状态，称为激发态或粒子态。
这样一来，这个魔术就只不过是一个量子物理魔术而已。
粒子的自发产生
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这种动力机制 粒子的自发产生 从量子真空被称为 动态卡西米尔效应 它具有深远的物理意义。 例如，就像盒子壁的振动一样， 时空本身的膨胀或收缩 也有能力 激发真空粒子对。
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#为什么虚空不空
2024-01-03 10:59:59
