Поляризація вакууму

У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна: Поляризація.

Поляризація вакууму — сукупність віртуальних процесів народження і анігіляції пар частинок у вакуумі, обумовлене квантовими флуктуаціями. Ці процеси формують нижній (вакуумний) стан систем взаємодіючих квантових полів.

Механізм поляризації вакууму

Діаграма Фейнмана для процесу поляризації вакууму (однопетльове наближення). Віртуальна петля

На відміну від абстрактного (математичного) вакууму, який представляється абсолютною порожнечею, реальний (фізичний) вакуум є порожнім тільки «в середньому». На це «середнє» і налаштовані наші прилади. Однак, як добре ми б не спустошували й не екранували певну область простору, в ній, в силу принципу невизначеності можуть існувати віртуальні частинки. В тому числі, можливе навіть народження заряджених частинок в парі зі своєю античастинкою — це так звана, віртуальна петля на діаграмі Фейнмана. Петля може існувати дуже короткий час, в межах квантової невизначеності ${\displaystyle \delta t\approx \hbar /\delta E}$, щоб не порушувати закон збереження енергії. Але якщо на вакуум впливає зовнішнє поле, то за рахунок його енергії можливе народження реальних часток. Взаємодія часток з вакуумом призводить до зміни маси і заряду частинок.^[1]

Поляризація вакууму і квантова електродинаміка

Поляризація вакууму в квантовій електродинаміці полягає в утворенні віртуальних електронно-позитронних (а також мюон-антимюоних і тау-лептон-антітаонних) пар з вакууму під впливом електромагнітного поля. Поляризація вакууму призводить до радіаційних поправок до законів квантової електродинаміки і до взаємодії нейтральних частинок з електромагнітним полем.^[2][3]

Поляризація вакууму і квантова хромодинаміка

Поляризація вакууму глюонами в квантовій хромодинаміці призводить до антиекранування колірного заряду і призводить до неспостережності вільних кварків.^[4].

Поляризація вакууму та гравітація

На надмалих відстанях (${\displaystyle 10^{-33}}$ см) виникає зв'язок квантових ефектів з гравітаційними. Надважкі віртуальні частинки створюють навколо себе помітне гравітаційне поле, яке починає спотворювати геометрію простору. Маси таких частинок ${\displaystyle m\approx {\sqrt {\frac {\hbar c}{g}}}}$, приблизно ${\displaystyle 10^{19}}$ ГеВ (маса Планка), довжина хвилі ${\displaystyle \lambda \approx {\frac {\hbar }{mc}}}$, приблизно ${\displaystyle 10^{-33}}$ см (довжина Планка)^[1]. Передбачається, що процеси гравітаційної поляризації вакууму грають важливу роль в космології^[5].

З іншого боку, цілком можливо, що на таких відстанях традиційні уявлення про простір і час (і, в тому числі, про поляризацію вакууму) стають зовсім непридатними, і звичний квантовопольовий підхід перестає бути адекватним, поступаючись місцем теоріям квантової гравітації, заснованим на виявленні незвичайних геометричних і топологічних властивостей квантованного простору-часу, таким, як М-теорія, петльова квантова гравітація та причинна динамічна тріангуляція.

Явища, зумовлені поляризацією вакууму

• Ефект Унру
• Лембів зсув
• Ефект Казимира
• Ефект Шарнгорста