Fluttuazione quantistica

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Animazione 3D delle fluttuazioni quantistiche

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, che consentono la creazione di coppie virtuali particella-antiparticella.

Pertanto lo spazio vuoto è in realtà un tumultuoso ribollire di creazione e annichilazione, che appare calmo solo perché la scala delle fluttuazioni è piccola e le fluttuazioni tendono ad annullarsi l'un l'altra. [1]

Principi[modifica | modifica wikitesto]

In base al principio di indeterminazione, l'energia e il tempo sono legati tra loro dalla relazione

[2]

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 la violazione può persistere. L'indeterminazione quantistica permette quindi l'apparizione nel vuoto di piccole quantità di energia che 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, ad esempio sulla carica effettiva dell'elettrone che è diversa dalla sua carica "nuda".

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, essendo state amplificate dall'espansione nel modello dell'inflazione cosmica formando il nucleo originario di tutte la strutture attualmente osservabili.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ 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).(EN) Malcolm W. Browne, New Direction in Physics: Back in Time, in The New York Times, 21 agosto 1990.
  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[collegamento interrotto] in arxiv
  • L. H. Ford, (et al.): Focusing vacuum fluctuations. II. Phys. Rev. A, Volume 66, Issue 6, 062106 (2002) Abstract in arxiv

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