¿Qué es la "Energía" de un vacío en el contexto de la teoría cuántica?

Question

Yo no soy un físico o cosmólogo, así que espero que estoy haciendo la pregunta correcta con el derecho de palabras aquí.

Mi pregunta se refiere a la palabra "energía" en lo que se refiere a vacío cuántico de los estados, y a conceptos como el de Lawrence Krause "algo de la nada" de la teoría.

Cuando escucho la palabra "nada" me imagino un "vacío" que es un conjunto vacío. Pero Krause, Eva Silverstein y J. Richard Gott (de 2 horas de vídeo de YouTube de debate sobre la "nada", organizado por Neil deGrasse Tyson - última url segmento = watch?v=sNh-pY3hJnY) parecen estar diciendo, si he entendido bien, que este vacío tiene un no-estado de energía cero, y que las fluctuaciones cuánticas crear "algo" de la nada a causa de esto.

Tengo que decir que esto suena un poco a mí como una mano que se agita y las palabras de la comadreja, pero tal vez mi ignorancia está cometiendo una injusticia.

Pero si esto es lo que está sucediendo, es esta "nada", en realidad un vacío? La energía es algo, y que pueden "hacer nada" contener algo. Y no puedo ver cómo esto podría ser así.

La pregunta: ¿Qué, exactamente, ES "energía". En uso en este contexto, se parece mucho a la phlebotinum.

Answer 1

Creo que la clave conceptual obstáculo es que el vacío no es la nada.

La teoría del campo cuántico describe la materia como excitaciones en los campos cuánticos. Estos campos cuánticos son cosas muy extrañas, y no sé de cualquier manera fácil de explicar a un no-físico de lo que es un campo cuántico. La clave es que la cuántica de campos a llenar todo el espacio-tiempo. Así un vacío no es la nada, sino que es el estado de menor energía de los campos cuánticos. Este estado de menor energía no es cero de la energía, es solo el estado a partir de la cual es imposible extraer toda la energía - que es lo que hace que sea más bajo.

Visto de esta manera las cosas (esperemos) se ven menos misterioso. Las fluctuaciones no crear algo de la nada. La nada en realidad contiene campos cuánticos y las fluctuaciones fluctuaciones en estos campos cuánticos.

Answer 2

John Rennie la respuesta es buena ya, pero quiero añadir un único punto: Estas fluctuaciones son muy, muy corto. En la mecánica cuántica tienes Heisenbergs principio de incertidumbre, que a menudo se declaró como $$ \Delta x \cdot \Delta p \le \frac \hbar 2 $$ y lo que significa, que para cualquier objeto cuántico (creo que de un electrón o un positrón creado en un vacío de fluctuación) usted nunca va a saber que es su lugar y su momento (que es la masa multiplicada por la velocidad) al mismo tiempo. Esto podría no ser tan intuitivo, pero con un poco de matemáticas básicas, es posible demostrar que se puede expresar este principio igual $$ \Delta E \cdot \Delta t \le \frac \hbar 2 $$ para que la energía de veces el tiempo (de la existencia!) de esta partícula es menor como un muy pequeño número. Y como la energía de la partícula es bastante alta (al menos tiene que tener su masa, que es otra forma de energía, recuerde Einstein $E=mc^2$ ) del tiempo de vida es muy corto.

Y de hecho, si se mira en el vacío durante un largo tiempo y tomar el promedio de energía que he visto, es realmente cero (porque como dijo John, se define como la extracción de energía no es posible), pero a partir de la media no contiene ninguna información sobre el estado en un punto único en el tiempo.