Nach der Quantenfeldtheorie sind alle „Teilchen“ Schwingungen in ihrem eigenen Feld. Und gemäß der Vakuum-Nullpunkt-Energie und dem Heisenberg-Unsicherheitsprinzip haben diese Felder zeitliche Schwankungen und können niemals eine „Null“-Energie haben. Wenn wir einen ausreichend großen Raum untersuchen, warum sehen wir dann nicht, dass Teilchen sich gelegentlich wie aus dem Nichts bilden? Warum sehen wir keine zufälligen Lichtblitze im interstellaren Raum, weil das elektromagnetische Feld genug Energie bekommt, um ein Photon zu bilden?
QFT modelliert jede Frequenz, die ein Teilchen haben kann, durch einen harmonischen QM-Oszillator. Dieser hat eine Grundzustandsenergie von in dem kein Teilchen vorhanden ist. Die Antwort auf Ihre Frage lautet also, dass, obwohl die Grundzustandsenergie ungleich Null ist, keine Teilchen vorhanden sind.
Es ist vielleicht interessant, das Problem der kosmologischen Konstante ( https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmological_constant_problem ) zur Kenntnis zu nehmen . Es gibt die integrierte Grundzustandsenergie des EM-Feldes an , was ein Universum von der Größe eines Fußballs implizieren würde. Wir alle wissen, dass es mindestens die Größe eines ganzen Stadions hat!
Nach der Quantenfeldtheorie sind alle „Teilchen“ Schwingungen in ihrem eigenen Feld.
Das ist nicht wahr: Laut QFT ist die gesamte Raumzeit von Feldern bedeckt, die durch die freien Teilchenlösungen ihrer entsprechenden quantenmechanischen Gleichung repräsentiert werden: Dirac für Fermionen, Klein Gordon für Bosonen und quantisiertes Maxwell für Photonen. Für alle Teilchen in der Tabelle des Standardmodells der Teilchenphysik gibt es ein Feld in der gesamten Raumzeit . Glatte Wellen haben Schwingungen, aber diese sind in einem komplexen Zahlenraum, in keiner Weise messbar .
Auf diesen Feldern propagieren Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren Teilchen, was die Möglichkeit bietet, Feynman-Diagramme zu schreiben , um die Integrale darzustellen, die notwendig sind, um messbare Größen zu erhalten: Teilchen, die an den Scheitelpunkten des Diagramms erzeugt und vernichtet werden. Diese Integrale sagen messbare Größen für Teilchenwechselwirkungen voraus und sind bisher durch Daten validiert.
Ein freies Teilchen an sich kann nicht durch eine ebene Welle dargestellt werden, weil freie Teilchen in der Natur lokalisiert sind, siehe diese Einzelelektronen-Fußabdrücke. . Um ein einzelnes Teilchen im Labor zu beschreiben, benötigt man eine Wellenpaketdarstellung, dh eine Impulsverteilung, um ein mathematisches Modell eines Teilchens an einem vernünftigen Raum-Zeit-Ort zu erhalten. Beachten Sie, dass dies ein gegebenes Momentum mit einer Streuung bedeutet, die der Heisenberg-Unsicherheit entspricht.
Diese Felder unterliegen zeitlichen Schwankungen und können niemals eine „Null“-Energie haben.
Um messbare, beobachtbare Effekte von Vakuumschleifen zu erhalten, muss Energie zugeführt werden. Alle aufgeführten "Erfolge" in Schleifendiagrammen haben Energie, die von einfallenden realen Teilchen geliefert wird.
Viele physikalische Effekte , die der Nullpunktsenergie zugeschrieben werden, wurden experimentell verifiziert, wie z. B. spontane Emission, Casimir-Kraft, Lamb-Verschiebung, magnetisches Moment des Elektrons und Delbrück-Streuung. Diese Effekte werden üblicherweise als "Strahlungskorrekturen" bezeichnet.
du fragst:
Warum sehen wir keine zufälligen Lichtblitze im interstellaren Raum, weil das elektromagnetische Feld genug Energie bekommt, um ein Photon zu bilden?
Woher Energie beziehen? Das Photonenfeld selbst hat keinen Impuls, es ist nur ein "Koordinatensystem" für ein ankommendes Teilchen mit Impuls. Damit ein Bediener auf dem Feld operieren und Partikel erzeugen kann, muss irgendwie Energie zugeführt werden. (Für ein echtes aus dem Weltraum einfallendes Photon ist die hier gewählte Antwort relevant)
Die Diskussionen über Vakuumschleifen, die von realen Teilchen unabhängig sind, drehen sich um kosmologische Modelle, bei denen Energie durch dunkle Energie oder ähnliches geliefert wird, aber das sind Forschungsmodelle, keine Standardmodelle.
Die Felder (oder Koordinaten und Impulse) fluktuieren; die Energie nicht. Vakuum ist ein Eigenzustand mit einer bestimmten Energie. Außerdem ist es per Definition der Grundzustand - die niedrigste Energie. Was wird dort beobachtet, wenn es per Definition keine Erregung gibt?
Der Vakuumzustand ist orthogonal zu jedem Vektor, der Teilchen enthält, also ist die Wahrscheinlichkeit eines Übergangs : Sie können nirgendwo Partikel sehen, die aus dem Vakuum entstehen.
Der Operator Teilchenzahl lässt das Vakuum als 0-Eigenvektor zu, also erhält man bei der Messung immer 0.
Was Sie im Vakuum sehen können, sind zum Beispiel Vakuumpolarisationsphänomene , die als Wechselwirkungen von realen Teilchen, zB Photonen, mit "virtuellen Teilchen" eines anderen Feldes beschrieben werden können (was meiner Meinung nach nichts als eine mächtige, aber unnötige theoretische Betrachtungsweise ist). (Dirc-Feld), das im Vakuumzustand bleibt. Dieses Phänomen ist tatsächlich stark auf die Art der Interaktion zurückzuführen (ich meine ) zwischen Elektronen und Photonen.
Die Energie des Vakuumzustands ist in QFT undefiniert , es sei denn, Sie verwenden den ersten Schritt des Renormierungsverfahrens (normale Ordnung). Dies führt sofort zu für den renormierten Spannungsenergietensor der freien Theorie.
In gekrümmter Raumzeit wird das Bild komplizierter und im Prinzip kann es zu einer nicht verschwindenden Dichte kommen, die zu den Messwerten bestimmter Größen beitragen kann, wie die kosmologische Konstante, die als endlicher Gegenbegriff zur Renormierung der betrachtet werden kann Spannungsenergietensor in einem Hadamard-Zustand.
John Rennie