Strona głównaPytania → Jak fluktuacje kwantowe wiążą się...

Jak fluktuacje kwantowe wiążą się z zasadą nieoznaczoności Heisenberga?

Pytanie

Pyta Jacek

Czytałem sporo o fluktuacjach kwantowych, wyczytałem, że są następstwem lub wynikają (przepraszam jeśli użyłem złego sformułowania) z zasady nieoznaczoności Heisenberga. Znam też tę zasadę, ale nie mogę połączyć tych dwóch rzeczy. Rozumiem to tak, że zasada nieoznaczoności mówi o tym, że nie możemy określi jednocześnie dokładnego położenia i dokładnie pędu. Jakie ma to połączenie z fluktuacjami, które jak rozumiem są chwilowymi zmianami stanu energii, czy też chwilowym powstaniem par cząstka i antycząstka?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Zasada nieoznaczoności Heisenberga mówi nam, że $\Delta p~\Delta x \ge \hbar/2$. Podobna nierówność (również nazywana zasadą nieoznaczoności) obowiązuje dla energii i czasu, mianowicie $\Delta E~\Delta t \ge \hbar/2$, gdzie $\Delta E$ jest niepewnością wyznaczenia energii, a $\Delta t$ można zgrubnie rozumieć jako czas trwania pomiaru energii. To oznacza, że bardzo dokładny pomiar energii pojedynczego stanu mikroskopowego jest możliwy tylko dla stanu o bardzo długim czasie życia. Oznacza to również, że bardzo krótko trwającym fluktuacjom kwantowym nie możemy przypisać dokładnej energii, i może ona być w granicach błędu zgodna z zerem. Fluktuacje te wyobrażamy sobie często jako wirtualne pary cząstka-antycząstka. Skoro ich energia jest w granicach niepewności zgodna z zerem, to chwilowe pojawianie się w próżni takich par nie jest sprzeczne z zasadą zachowania energii. Inaczej mówiąc, pomimo obowiązywania zasady zachowania energii istnienie fluktuacji kwantowych jest możliwe dzięki zasadzie nieoznaczoności.