迈向量子场论

量子真空

量子真空是所有量子场的最低能量状态——是大自然最接近真正空无的东西,是一个根本没有任何粒子在场的状态。在量子场论中,它并非虚无;它是唯一的基态,每一个粒子都是其上的一份激发。把每一个光子、电子、夸克都拿走,剩下的就是真空,那个万物物理在其上演出的平静基线。

然而这条基线远非死寂。由于每个场都表现得像一个量子振子,而量子振子永远无法完全静止,真空便保有一份不可消去的残余能量和一种永不停歇的活动闪烁。这些真空涨落是不确定性原理的直接后果:一个场的值与它的变化率不可能同时精确为零,所以即便是空无的空间也在悄然颤抖。

量子真空并非哲学上的精巧玩意,而是有着可测量牙齿的东西。它的涨落会推动原子的能级、促成光的自发辐射,并在卡西米尔效应中把两块邻近的板压到一起。诚实地补充一句:真空的总能量在天真地计算时,得出的结果与宇宙学所观测到的相比大得荒谬——这是物理学前沿一道尚未解开的谜题。

vacuum |0⟩ = lowest-energy field state (no particles), yet still fluctuating

没有粒子,却并非没有活动:场的基态仍在抖动。

量子真空不是隐藏的以太,也不提供任何优先的静止参考系;相对论得到完全的尊重。说它「充满能量」是恰当的,但那能量是场的基态能量,而非一片等着被舀出的真实粒子之海。

又称
vacuum state真空态真空態ground state of the fields