Ist das Vakuum leer? Sind virtuelle Teilchen im Vakuum? Ist das Vakuum nicht Null? [Duplikat]

Ich zitiere aus der Antwort von Lubos Motl auf eine ähnliche Frage "existiert Vakuum, leerer Raum", die geschlossen wurde. Wenn Lubos hier antwortet, werde ich das löschen:

„Vakuum“ und „leerer Raum“ ist immer dasselbe, aber man muss immer aufpassen, was diese beiden synonymen Begriffe bedeuten.

Die Allgemeine Relativitätstheorie impliziert, dass die einzige „Information“, die das Vakuum an jedem Punkt trägt, der sogenannte „metrische Tensor“ ist – eine Reihe von Zahlen, die es ermöglichen, die Entfernung zwischen zwei beliebigen nahegelegenen Punkten zu berechnen. Dies reicht aus, damit sich das Vakuum biegen kann - ähnlich wie jedes Material. Man braucht keine atomaren Bestandteile, um über die Geometrie des Raums sprechen zu können und um sicherzustellen, dass die Umgebung gekrümmt werden kann (und um einen flachen Bereich des Vakuums von einem gekrümmten zu unterscheiden).

Die Quantenfeldtheorie impliziert, dass das Vakuum voller virtueller Teilchen ist, die auftauchen und schnell wieder verschwinden. Diese virtuellen Teilchen wirken auf andere Objekte - zum Beispiel machen sie den Elektromagnetismus auf große Entfernungen etwas schwächer (und auf sehr kurze Entfernungen stärker) als das, was man vom klassischen Coulomb-Gesetz usw. erwarten würde.

Die Quantenmechanik impliziert jedoch, dass das Vakuum einem ganz bestimmten "Zustand" entspricht - einem Vektor auf dem Hilbert-Raum - genannt |0⟩. Es ist völlig einzigartig und so leer wie möglich. Insbesondere ist es der Eigenzustand des Energieoperators mit der minimal erlaubten Energie – im Wesentlichen Null. (Genau genommen ist die Vakuumenergiedichte nichts anderes als die Größe der Dunklen Energie, aber diese Energie wird erst für riesige, kosmologische Raumvolumina ansehnlich.)

Die Unschärferelation der Quantenmechanik impliziert, dass man viele zufällige Werte erhalten kann, wenn man Dinge wie die Intensität des elektrischen Feldes im Vakuum misst – dh wenn man das physikalische System im Zustand |0⟩ vorfindet. Es ist nicht erlaubt, dass die elektrischen und magnetischen Felder genau Null sind, ähnlich wie ein Teilchen in der Quantenmechanik eines Teilchens keine genau definierte Position und Geschwindigkeit haben kann.

Obwohl also das Vakuum eine wohldefinierte (minimale) Energie hat und so niedrig wie möglich ist, ist das Vakuum so leer wie möglich, und es gibt keine bestimmten "Atome" oder andere Teilchen, die im Vakuum sitzen , gibt es im Vakuum eine Menge Aktivität, was daran zu erkennen ist, dass die Messungen verschiedener Dinge, wie z. B. der Energiedichte an einem bestimmten Punkt, zu zufälligen Ergebnissen führen, die nicht genau null sind.

Nun, das Bild des Vakuums als "buchstäblich leerer Raum", der nur den metrischen Tensor an jedem Punkt hat; und das Quantenbild mit all der Aktivität virtueller Teilchen sind eigentlich voll kompatibel zueinander. Die Aussage der Allgemeinen Relativitätstheorie, dass der metrische Tensor an einem bestimmten Punkt bestimmte Werte hat, sollte jedoch als klassische Näherung angesehen werden: Genau genommen ist auch der metrische Tensor eine Menge von Operatoren. Sie werden unweigerlich variable und chaotische Werte haben, wenn sie gemessen werden - die nur "ungefähr Null" sind, wenn sie über ausreichend große Volumina gemittelt werden.

Vor diesem Hintergrund Ihre abschließenden Fragen:

1.Ist das Vakuum leer oder nicht?

Nicht leer, weil im Universum, in dem wir existieren, dunkle Energie existiert, aber die Zahlen sind so klein, dass sie als leer angesehen werden können, im Sinne von fast 0 Energiegehalt.

2.Sind virtuelle Teilchen im Vakuum?

Nur wenn es zu Wechselwirkungen kommt, wirken sich die virtuellen Teilchen auf messbare Werte aus. Ansonsten sind sie eine mathematische Abstraktion

3.Kann ein Universum aus dem Nichts entstehen?

Wir wissen nicht, wie unser beobachtbares Universum erwacht. Es werden verschiedene Modelle vorgeschlagen, wie in dem von Ihnen zitierten. Unser beobachtbares Universum besteht hauptsächlich aus Teilchen, und diese Asymmetrie von Teilchen-Antiteilchen ist mit aktuellen Theorien nicht erklärbar ( CP-Verletzung in der Teilchenphysik ist zu klein, um sie zu erklären). Die mir bekannten Modelle beginnen mit der gleichen Anzahl von Teilchen Antiteilchen und gehen davon aus, dass im Wasserstoffzeitalter eine noch unbekannte CP-Verletzung die von uns beobachtete Asymmetrie ergab.

Ist das Vakuum leer?

Nein. Raum ist nicht nichts. Siehe Einstein, wie er hier darüber spricht : „Diese raumzeitliche Variabilität der reziproken Beziehungen der Maßstäbe von Raum und Zeit, oder vielleicht die Erkenntnis, dass „leerer Raum“ in seiner physikalischen Beziehung weder homogen noch isotrop ist, zwingend uns, seinen Zustand durch zehn Funktionen (die Gravitationspotentiale gmn) zu beschreiben, hat, glaube ich, endlich die Ansicht abgelegt, dass der Raum physikalisch leer ist .

Sind virtuelle Teilchen im Vakuum?

Nein. Virtuelle Partikel sind virtuell, also nicht real. Es ist ein popwissenschaftlicher Mythos, dass der Weltraum voller virtueller Partikel ist, die wie Magie in die Existenz ein- und ausgehen. Vakuumschwankungen sind real. Sie sind das elektromagnetische Äquivalent kleiner Wellen auf der Meeresoberfläche. Aber denken Sie nicht, dass sie für räumliche Energie verantwortlich sind. Ein Gravitationsfeld ist ein Ort, an dem die räumliche Energiedichte variiert, und das liegt nicht daran, dass es in der Nähe eines Sterns mehr Vakuumschwankungen gibt.

Ist das Vakuum nicht Null?

Vakuumenergie ist nicht Null.

Ist das Vakuum leer? Wie ist es nicht leer?

Es ist nicht leer, weil ein Feld Energie hat und ein Feld ein Raumzustand ist. Siehe dazu Einstein hier : „Die beiden Arten von Feldern sind in dieser Theorie kausal verknüpft, aber noch nicht zu einer Identität verschmolzen es liegt nahe zu vermuten, dass dies nur scheinbar so ist, weil die Struktur des physikalischen Kontinuums nicht vollständig durch die Riemannsche Metrik beschrieben wird.

Aber niemand kann es ernsthaft und einfach erklären, dass ich es vollständig verstehen kann.

Ich denke es ist einfacher als du denkst. Schauen Sie sich einfach den Spannungs-Energie-Impuls-Tensor an :

_{Gemeinfreies Bild von Maschen, siehe Wikipedia}

Beachten Sie die Scherspannung und den Druck und erinnern Sie sich an Dinge wie "gekrümmte Raumzeit". Die Allgemeine Relativitätstheorie behandelt den Weltraum, als wäre er eine Art glasklares, gespenstisches, elastisches Kontinuum. Wenn Sie Energie hinzufügen, um ein Gravitationsfeld zu erzeugen, ist das ein bisschen so, als würde man den Raum nach außen schieben. IMHO ist es so, als wären Raum und Energie dasselbe.

Einige Physiker sagen vielleicht, dass virtuelle Teilchen eine große Lüge seien.

Sie sind keine Lüge, sie sind nur virtuell . Die Lüge ist die Vorstellung, dass der Weltraum voller virtueller Partikel ist, die in die Existenz ein- und ausgehen.

Es entsteht nicht im Vakuum?

Nein, es sind Feldquanten, die zur Modellierung von Feldern und Wechselwirkungen verwendet werden. Siehe Annas Antwort auf diese Frage . Virtuelle Teilchen existieren nur in der Mathematik des Modells.

Was ist die Wahrheit über das Vakuum?

Es ist nicht nichts. Der Raum erhält Felder und Wellen.

Was sagt uns dieses Papier?

Nicht viel. Es ist spekulativ.

Ist das Vakuum leer oder nicht?

NEIN.

Sind virtuelle Teilchen im Vakuum?

Nein. Nur in Mathe.

Kann ein Universum aus dem Nichts entstehen?

Nein. Denn selbst wenn die Leute sagen, dass unser Universum aus einer Vakuumfluktuation entstanden ist, hat etwas geschwankt .