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¿Es el término "fluctuación cuántica" un ayudante de comprensión?

Me gustaría preguntar si alguien ha encontrado un apretado lo suficiente como forma de definir el término "fluctuación cuántica", de modo que puede convertirse en un útil más que una engañosa pieza de la física de la terminología.

La terminología en la ciencia sirve, supongo, a dos propósitos principales: 1. como una ayuda para la comprensión de como aprendemos, 2. que nos permita comunicarnos con fluidez el uno con el otro. Es la primera que me preocupa aquí.

Permítanme en primer lugar tratar la segunda cuestión, para salir del paso. Si un experto en la teoría cuántica utiliza la frase "fluctuación cuántica" en el curso de una conversación con otro experto, entonces probablemente ambos tienen en mente algo sobre el valor no-cero de energía cinética en el suelo en estado de movimiento, o la no-cero rango de valores de algunos observables, o de las matemáticas de la teoría cuántica de campos, o algo así. Ellos pueden estar interesados en la ruptura de la simetría, o las transiciones de fase. La terminología de "fluctuación cuántica" no importa ya que ambos saben de lo que están hablando en mucho más preciso de los términos matemáticos. No se deje engañar por la frase más que alguien que trabaja en QCD sería engañado por términos tales como "encanto" y "color".

Ahora volvamos a la primera cuestión, que es el corazón de mi pregunta. Esta frase bien elegido? Ayuda a las personas a obtener un buen entendimiento, o ¿se tienden a confundir? Da buena intuición física? Qué significa otra cosa que "quantum propagación"? Podemos encontrar una lo suficientemente apretada definición de "fluctuación cuántica" para que sea más útil de lo que es engañosa?

El siguiente artículo de la web se muestra el uso de "fluctuación cuántica" como un intento de describir la teoría cuántica de campos para el no experto: https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/quantum-fluctuations-and-their-energy/ El lenguaje como "jitter" es libremente empleado. Tales intentos de mostrar que el término invita al estudiante a formar una imagen física de algo dinámicamente moviéndose a su alrededor.

Un sinfín de libros y conferencias hablar libremente acerca de "burbujeo y ondulante", etc. etc.

Aquí están mis reservas:

  1. En el llamado "punto cero movimiento" no hay ningún movimiento. No hay energía cinética, es cierto, y $\langle \psi | \hat{x}^2 | \psi \rangle \ne 0$, pero en el ojo de mi mente no veo el oscilador "fluctuante" tanto como allí sentado, sin moverse demasiado de un lado para otro, pero simplemente para untar. No es como un clásico de onda estacionaria donde la oscilación de la cadena o lo que sea se mueve hacia arriba y hacia abajo, y no como una cosa en movimiento de vaivén en un potencial bien. El electrón en el estado fundamental de que el hidrógeno no es fluctuante.

  2. En inglés ordinario, la palabra "fluctuación" se refiere a algo dinámico, que implica el cambio como una función del tiempo. Pero en el caso de un independiente del tiempo de Hamilton, no hay ningún cambio dinámico de un sistema en una energía eigenstate, excepto para los no observables fase global. Esta afirmación se aplica tanto a campo de los estados en la teoría cuántica de campos como la que le hace a la mecánica cuántica no relativista. Así que ¿dónde están las famosas "fluctuaciones del vacío"? Nota de nuevo, mi pregunta no se refiere a corregir el tratamiento matemático de la teoría de campo. Se refiere a si el término "fluctuación" está bien elegido para dar la buena comprensión de la física.

  3. Las partículas virtuales que aparecen en los diagramas de Feynman no son fluctuaciones; son términos en una serie de integrales cuya suma describe una suave y no fluctuantes proceso de la dispersión.

  4. Clásico de las transiciones de fase se puede decir que ser "manejado" por las fluctuaciones térmicas. Eso está bien; es un ejemplo de un cambio de dinámica, de causa y efecto. Pero si alguien dice que una transición de fase cuántica es "driven" o "causado" por fluctuación cuántica (y creo que la gente lo dicen), entonces, ¿qué exactamente están diciendo?

  5. La emisión espontánea por los átomos se manifiesta el acoplamiento entre el átomo y el campo electromagnético en su vacío, y que demuestra que el campo no está ausente ni sin efecto físico. Ya que no hay una naturaleza estocástica de los clics si la emiten fotones son detectados por los ordinarios de los detectores, uno puede libremente atribuyen la aleatoriedad en el momento de la detección de eventos para una aleatoriedad en el comportamiento del campo en su estado de vacío. Es esto quizás lo que "fluctuación cuántica"?

Quiero una respuesta si es que la hay; no tengo intención meramente para generar la discusión. Pero creo que mi pregunta puede ser difícil de responder, porque toca sin resolver problemas interpretativos que ver con la cuántica problema de medición, y en la física de ruptura de la simetría.

Preguntas relacionadas.

Esta pregunta: Las Fluctuaciones cuánticas del vacío da un enlace a un video que muestra una simulación por ordenador de fluctuaciones de vacío en una conferencia de David Tong. ¿Qué es exactamente el que se trazan en la simulación de aquí?

Esta cuestión: la Comprensión de las fluctuaciones cuánticas es similar a la mía pero lo suficientemente diferentes como para justificar mi uno nuevo.

Me encontré con esta pregunta y su discusión útil:

¿Qué es la ruptura espontánea de simetría en los sistemas CUÁNTICOS?

3voto

Arjan Puntos 3549

Empatizo con su malestar con el término "fluctuación cuántica". Yo tampoco encontrará que es útil plazo. En gran parte esto es debido a que de su punto 2. En inglés "fluctuaciones" se refiere a algo dinámico, mientras que en el formalismo matemático de la mecánica cuántica no hay nada que "conmueve". La evolución es unitaria (suave) y determinista.

La mejor traducción que he llegado es que "fluctuaciones cuánticas" es el código para "voy a obtener resultados diferentes si puedo medir varias veces". En este caso nada tiene que ver con "fluctuaciones cuánticas" no es más exótico que nada tienen que ver con la medición de los sistemas que están en una superposición de la base de medición los estados. Por supuesto, la superposición y la medición ya es bastante exótico y confuso por lo que es difícil/controvertido tema creo.

Sin embargo, debo admitir que este "aversión" del término "fluctuaciones cuánticas" y mi traducción del término no es convencional. Por desgracia creo que esto significa que el uso del término es poco dependientes de usuario y, como resultado, no creo que usted va a obtener una buena respuesta concluyente a esta pregunta.

2voto

Andrew Aylett Puntos 178

Entiendo su preocupación. Creo que la razón de esta terminología ha de ser entendido históricamente, donde se pretende ser algo diferente de la clásica (térmica) fluctuación. Una vez que uno se acuerda de esto yo creo que el término logra su objetivo (es decir, su punto 1.).

La única cosa que uno tiene que darse cuenta es que no hay "fluctuaciones" clásicamente en cero de temperatura. Considere la posibilidad de un clásico girar el modelo en un gráfico. $\sigma$ es una de las configuraciones de las tiradas ($0$ o $1$) en este gráfico. El clásico de Hamilton es una función de $\sigma$, $E(\sigma)$. En el cero de temperatura el sistema está en el estado de mínima energía, que se $\sigma_0$. En otras palabras podemos decir que el sistema está en estado de $\rho$ con

$$ \rho_{\sigma\sigma'}= \delta_{\sigma\sigma_0} \delta_{\sigma',\sigma_0}. $$

(Estoy usando una notación también válido de acuerdo a la mecánica cuántica). Claramente el estado es diagonal (clásica), pero es pura, o en otras palabras, un extremal (a-Kronecker - función delta). El estado está "congelado" en la configuración $\sigma_0$. Intuitivamente no hay "fluctuaciones", es decir, otras configuraciones que contribuyen al estado. ¿Cómo se mide esto?

Cualquier clásico observable $A$ también es diagonal en $\sigma$. Computación medias con el estado por encima de uno ha

$$ \Delta^2 := \langle A^2 \rangle - \langle \rangle^2 = 0. \ \ \ \ \quad (1) $$

De hecho, los dos hechos son equivalentes (siendo la de un extremal y tener cero las fluctuaciones de cualquier observable).

Si ahora nos elevar la temperatura, en el equilibrio, el estado del sistema es

$$ \rho_{\sigma\sigma'}= \delta_{\sigma\sigma'} e^{-\beta E(\sigma)}/Z, $$

con $Z$ función de partición. Claramente ahora Eq. (1) no será válido en general y podemos tener una fase de transición a la subida de la temperatura. Decimos (coloquialmente) que esta fase de transición es debido a las fluctuaciones térmicas.

Ahora usted ve la razón por la que el término "fluctuaciones cuánticas". Mecánica cuántica Eq. (1) es, en general violado también en cero de temperatura.

1voto

Febry Ghaisani Puntos 36

Gracias por todo lo que ha publicado sus respuestas o comentarios hasta el momento. Habiendo aprendido de ellos, pensé que podría ser útil para publicar mi propia respuesta:

Definición. Fluctuación cuántica se refiere al hecho de que cuando un sistema físico es preparado en un determinado estado y de algunos de los bienes o la cantidad que se mide, y este procedimiento se repite muchas veces, entonces la medición de los resultados puede variar incluso a pesar de que el sistema estaba preparado cada vez en el mismo estado.

Esta definición capta lo que creo que es el uso profesional de la física. Se cubre cosas tales como la cuantía de la contribución al ruido eléctrico, y creo que cubre el uso en la física térmica y el estudio de las transiciones de fase. (En el último creo que la palabra "fluctuación" es una abreviación de la cuántica 'difusión' a través de la superposición, cuando el estado del sistema no es un eigenstate de características observables, tales como las funciones de correlación.)

Sin embargo, hay otro uso ampliamente utilizado en presentaciones populares de la física, donde la frase "fluctuación cuántica" se utiliza como un intento de ayudar a los no-expertos de conseguir una sensación para la física cuántica de campos, incluyendo el estado de menor energía se llama vacío. El objetivo es transmitir la riqueza de estos campos, y el hecho de influir en los acontecimientos, incluso cuando podría ingenuamente decir 'no hay nada'. Unruh la radiación es un buen ejemplo. Sin embargo, como yo lo entiendo, cuando estos campos se encuentran en su estado de vacío que nunca son ellos mismos causal. Más bien, ellos median fenómenos cuya causa es algo más, como una entrada de partículas reales, o una fuerza que causó algo para acelerar. Esta declaración se aplica a vacío polarización demasiado, debido a que es una declaración acerca de la interacción de la electromagnética y campos de Dirac, y es descrito por los diagramas de Feynman tener dos fotones externos líneas.

El resultado de todo esto es, entonces, dos significados: uno como se indica en la definición anterior, y otra que no es realmente acerca de la fluctuación en absoluto, sino simplemente una manera de animar a la gente a maravillarse de la riqueza y la sutileza de la teoría cuántica de campos y de espacio vacío. Por desgracia, este intento honesto para ayudar a que se ha traducido en una gran cantidad de tonterías ser mezclado con el buen sentido. Es un proyecto en curso para encontrar mejores formas de transmitir la buena intuición física sobre la teoría cuántica de campos, ya sea para los expertos o no expertos.

0voto

sata Puntos 91
<p>Para mí es sólo una forma no técnica de decir <span class="math-container">$\langle O^2\rangle\ne\langle O\rangle^2$</span> <span class="math-container">$O$</span>observables relevantes.</p>

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