Vakuumfluktuation

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Vakuumfluktuationen (auch Quanten- oder Nullpunktsfluktuation) sind Feldschwankungen in der Quantenfeldtheorie, die im Vakuum (dem Zustand niedrigster Energie) entstehen aufgrund der quantenmechanischen Energie-Zeit-Unschärferelation.

Im störungstheoretischen Formalismus der Feynman-Diagramme werden sie durch Linien für Teilchen-Antiteilchen-Paare beschrieben, die im selben Diagramm beginnen und enden. Solche inneren Linien beschreiben virtuelle Teilchen Diese "Teilchen" treten nur im Feynman-Formalismus auf, in anderen Modellen gibt es sie nicht. In der Populärwissenschaft wird allerdings oft behauptet, dass plötzlich entstehende virtuelle Teilchen-Antiteilchenpaare der Grund für die Vakuumfluktuationen seien. Diese Darstellung ist allerdings unkorrekt.

Vakuumfluktuationen stehen dafür, dass das quantenmechanische Vakuum nicht im klassischen Sinne „leer“ ist. Der niedrigste Energiezustand hat einen positiven Wert. Vom kosmologischen Standpunkt aus betrachtet, könnte diese Vakuumenergie der Grund für die beschleunigte Expansion des Universums sein und demnach eine nicht verschwindende Kosmologische Konstante bzw. ein Kandidat für Dunkle Energie sein. Der Casimir-Effekt (Anziehungskräfte zwischen parallelen Metallplatten), die Lamb-Verschiebung und die Paarerzeugung in überkritischen Feldern können über Vakuumfluktuationen beschrieben werden.

Die Rolle von Vakuumfluktuationen (mit dem anschaulichen Bild der Teilchen-Antiteilchen-Paare) in der Erklärung des Casimir-Effekts und der Lamb-Verschiebung ist allerdings besonders unter mathematischen Physikern umstritten. So wies Robert L. Jaffe darauf hin, dass diese Effekte durch quantentheoretische Störungsrechnung auch ohne Bezug zu Vakuumfluktuationen hergeleitet werden können.[1] (Der Casimir-Effekt ergibt sich dabei aus der Van-der-Waals-Wechselwirkung für Platten unendlicher Ausdehnung und Leitfähigkeit.)

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. R. L. Jaffe Casimir effect and the quantum vacuum. Physical Review D, 2005, 72. Jg., Nr. 2, S. 021301.Arxiv