量子谐振子
零点能
零点能是量子振子在再也无处可降时仍保有的能量。把一个经典弹簧冷却到绝对零度,它会干脆死寂地停在静止点上,没有任何能量。量子振子做不到这一点:它可能的最低能量不是零,而是 ½ℏω——半个振动量子,永远无法被抽干。
原因在于不确定性原理。要拥有恰好为零的能量,粒子就得同时具备确定的位置(正好在最底部)和确定的动量(恰好为零),而量子力学禁止把这两者同时完美地钉死。系统只好折中——位置上有一点弥散,动量上也有一点——而这种不可避免的抖动便承载着那剩下的 ½ℏω。
零点能并非奇谈,而是经测量证实的实在。它使液氦不致在自身重压下冻结,为分子与固体中的振动设定了基线;而量子场的类似能量,则在金属板之间那微小却真实的卡西米尔力中显现出来。它是量子力学为「一个定义明确的最低态之存在」本身所收取的代价。
E_0 = ½ ℏω > 0 (energy of the n = 0 ground state)
即便是最低态也带有半个量子——振子从不真正停下。
真空被预言的庞大零点能,与观测到的极小宇宙学常数严重抵触——这就是「真空灾难」,物理学最深的未解之谜之一。零点能也不是一种可利用的免费能源;你无法从一个已处于最低态的系统中提取功。
又称
另见