零点能量

零点能量 (ZPE) 是量子力学系统可能具有的最低能量。 与经典力学不同，正如海森堡测不准原理所描述的那样，量子系统在其最低能量状态下不断波动。 因此，即使在绝对零时，原子和分子仍会保留一些振动运动。 除了原子和分子外，真空的空间也具有这些性质。 根据量子场论，宇宙不是孤立的粒子，而是连续波动的场：物质场，其量子是费米子（即轻子和夸克），力场，其量子是玻色子（例如，光子和胶子） ). 所有这些场都具有零点能量。 这些波动的零点场导致在物理学中重新引入一种以太，因为一些系统可以检测到这种能量的存在。

零点能量的概念对于宇宙学也很重要，物理学目前缺乏一个完整的理论模型来理解这方面的零点能量； 特别是，宇宙中理论和观察到的真空能量之间的差异是主要争论的来源。 物理学家 Richard Feynman 和 John Wheeler 计算出真空的零点辐射比核能大一个数量级，用一个灯泡所含的能量足以煮沸世界上所有的海洋。 一个试图解决这个问题的流行提议是说费米子场具有负零点能量，而玻色子场具有正零点能量，因此这些能量以某种方式相互抵消。 如果超对称是自然界的精确对称，那么这个想法就是正确的； 然而，CERN 的大型强子对撞机到目前为止还没有找到支持它的证据。 此外，众所周知，如果超对称是有效的，它至多是一种破缺对称，只有在非常高的能量下才是正确的，而且没有人能够证明在低能宇宙中发生零点抵消的理论 我们今天观察。 这种差异被称为宇宙常数问题，它是物理学中xxx的未解之谜之一。 许多物理学家认为，真空是全面了解自然的关键。

术语零点能量 (ZPE) 是从德语 Nullpunktsenergie 翻译过来的。有时可以与它互换使用的术语是零点辐射和基态能量。 术语零点场 (ZPF) 可以在指代特定真空场时使用，例如专门处理量子电动力学（例如，光子、电子和真空之间的电磁相互作用）的 QED 真空或处理 与量子色动力学（例如，夸克、胶子和真空之间的色荷相互作用）。 真空不能被视为空旷的空间，而是所有零点场的组合。 在量子场论中，这种场的组合称为真空态，其相关的零点能量称为真空能，平均能量值称为真空期望值 (VEV)，也称为凝聚态。

在经典力学中，所有粒子都可以被认为具有一些由其势能和动能组成的能量。 例如，温度是由动能（称为布朗运动）引起的随机粒子运动的强度引起的。 当温度降至xxx零时，可能会认为所有运动都停止，粒子完全静止。 然而，事实上，即使在尽可能低的温度下，粒子也能保留动能。 这种零点能量对应的随机运动永远不会消失； 这是量子力学不确定性原理的结果。

不确定性原理指出，任何物体都不可能同时具有精确的位置和速度值。 量子力学对象（势能和动能）的总能量由其哈密顿量描述，该哈密顿量还将系统描述为谐振子或波函数，在各种能态之间波动（参见波粒二象性）。 所有的量子力学系统甚至在它们的基态都会经历波动，这是它们的波状性质的结果。 不确定性原理要求每个量子力学系统的波动零点能量大于其经典势阱的最小值。 即使在xxx零时，这也会导致运动。