量子ゆらぎ

量子物理学において量子ゆらぎ（または量子真空ゆらぎ、真空ゆらぎ）は空間のある点におけるエネルギーの一時的な変化で、ヴェルナー・ハイゼンベルクの不確定性原理で説明される^[1]。

これにより仮想粒子の粒子-反粒子対が生成する。これらの粒子の効果は測定可能であり、例えば電子の有効電荷は「裸の」電荷とは異なっている。

量子ゆらぎは宇宙の構造の起源において非常に重要である。インフレーションのモデルによれば、インフレーションが始まったときに存在した宇宙は増幅され、現在観測されるすべての構造の種を作った。真空エネルギーは現在の宇宙の加速（宇宙定数）の原因である。

原理により、エネルギーと時間は次の関係でつながっている^[2]。

\Delta E\Delta t\geq {h \over 4\pi }

現代の視点では、エネルギーは常に保存されるが、粒子数演算子は場のハミルトニアンまたはエネルギー演算子と交換しない。よって場の最低エネルギー状態（基底状態、真空状態）は、名前から予想されるような粒子が存在しない状態ではなく、粒子数が0, 1, 2...などの粒子数固有状態の重ね合わせである。

参考文献[編集]

^ Browne, Malcolm W. (1990年8月21日). “New Direction in Physics: Back in Time”. The New York Times 2010年5月22日閲覧. "According to quantum theory, the vacuum contains neither matter nor energy, but it does contain fluctuations, transitions between something and nothing in which potential existence can be transformed into real existence by the addition of energy.(Energy and matter are equivalent, since all matter ultimately consists of packets of energy.) Thus, the vacuum's totally empty space is actually a seething turmoil of creation and annihilation, which to the ordinary world appears calm because the scale of fluctuations in the vacuum is tiny and the fluctuations tend to cancel each other out."
^ Mandelshtam, Leonid; Tamm, Igor (1945), “The uncertainty relation between energy and time in nonrelativistic quantum mechanics”, Izv. Akad. Nauk SSSR (ser. Fiz.) 9: 122–128 . English translation: J. Phys. (USSR) 9, 249–254 (1945).