Fluttuazione quantistica

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In meccanica quantistica le fluttuazioni quantistiche sono mutamenti temporanei nello stato (di energia) dello spazio vuoto, in accordo con il principio di indeterminazione di Heisenberg.[1]

Principi[modifica | modifica wikitesto]

In base al principio di indeterminazione, l'energia e il tempo possono essere correlati tra loro dalla relazione[2]


\Delta E \Delta t \approx {h \over 2 \pi}


Questo significa che la conservazione dell'energia può essere violata, ma solo per brevissimi periodi di tempo (minore è l'energia presente nella fluttuazione, tanto più a lungo essa può persistere). L'indeterminazione quantistica permette l'apparizione dal nulla di piccole quantità di energia, sempre a condizione che esse scompaiano in un tempo molto breve. Questa energia può assumere la forma di coppie di particelle e antiparticelle di vita molto breve, ad esempio una coppia elettrone-positrone. Gli effetti di queste particelle sono misurabili, come la carica dell'elettrone, differenziandola dal suo valore assoluto privo del segno.

Si può anche dire che l'energia è sempre conservata, ma gli autovalori dell'operatore hamiltoniano dell'energia osservabile non sono gli stessi (cioè non commutano) degli operatori numerici delle particelle.

Le fluttuazioni quantistiche avrebbero giocato un ruolo molto importante nel determinare la struttura dell'universo primordiale dopo il Big Bang: nel modello dell'inflazione cosmica le strutture esistenti al momento dell'inflazione sarebbero state amplificate dalle fluttuazioni, formando la base di tutta la struttura attualmente osservabile.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Malcolm W. Browne. New Direction in Physics: Back in Time, http://www.nytimes.com/1990/08/21/science/new-direction-in-physics-back-in-time.html?pagewanted=all%7C,The New York Times, 21 agosto 1990: « Secondo la teoria quantistica, il vuoto non contiene né materia né energia, ma contiene delle "fluttuazioni" cioè delle transizioni tra il nulla e il reale, nelle quali l'esistenza potenziale può essere trasformata in esistenza reale in seguito all'aggiunta di energia (energia e materia sono infatti equivalenti, poiché in ultima analisi tutta la materia consiste di pacchetti di energia). Pertanto lo spazio vuoto è in realtà un tumultuoso ribollire di creazione e annichilazione, che a noi appare calmo solo perché la scala delle fluttuazioni è piccola e le fluttuazioni tendono ad annullarsi l'un l'altra.»
  2. ^ Leonid Mandelshtam e Igor Tamm, The uncertainty relation between energy and time in nonrelativistic quantum mechanics in Izv. Akad. Nauk SSSR (ser. Fiz.), vol. 9, 1945, pp. 122–128.. English translation: J. Phys. (USSR) 9, 249–254 (1945).

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

  • Lawrence B. Crowell: Quantum fluctuations of spacetime. World Scientific, Singapore 2005, ISBN 978-981-256-515-0
  • Robert W. Carroll: Fluctuations, information, gravity and the quantum potential. Springer, Amsterdam 2006, ISBN 978-1-4020-4003-0
  • Helmut Hetznecker: Kosmologische Strukturbildung - von der Quantenfluktuation zur Galaxie. Spektrum Akad. Verl., Heidelberg 2009, ISBN 978-3-8274-1935-4
  • E. Calloni, (et al.): Vacuum fluctuation force on a rigid Casimir cavity in a gravitational field. Physics Letters A,Volume 297, Issues 5-6, 20 Mai 2002, S.328-333 Abstract in arxiv
  • L. H. Ford, (et al.): Focusing vacuum fluctuations. II. Phys. Rev. A, Volume 66, Issue 6, 062106 (2002) Abstract in arxiv

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]