Kvantefluktuasjon

Kvantefluktuasjon er midlertidige variasjoner i felter og energi som oppstår i kvantemekanikk, også i rom som oppfattes som tomt. Ifølge Heisenbergs usikkerhetsprinsipp kan energi og tid ikke bestemmes samtidig med ubegrenset nøyaktighet, noe som gjør vakuum til en dynamisk tilstand med små, kortvarige svingninger i feltene.

I kvantefeltteori beskrives disse fluktuasjonene som skapelse og annihilering av virtuelle partikler innen en tidsramme Δt gitt av ΔE Δt ≈ ħ. De er ikke direkte observerbare som lange levetider partikler, men gir observerbare effekter som Casimir-effekten mellom to nære metallplater, Lamb-skift i atomnivåer og endringer i spontan emisjon av stråling.

Innen kosmologi spiller kvantefluktuasjoner en viktig rolle i universets tidlige historie. Under inflasjonen blir små fluktuasjoner i feltet utvidet og omdannet til tetthetsvariasjoner som senere blir kilden til de første anisotropiene i kosmisk bakgrunn og til dannelse av galaksehoper og struktur i universet. Fluktuasjonenes egenskaper beskrives ofte med en tilnærmet skjevfri og isotrop spektral fordeling, men små avvik gir innsikt i fysikk utover standardmodellen.

Studier av kvantefluktuasjoner kombinerer teoretiske modeller og eksperimentelle målinger, og reiser sentrale spørsmål om forholdet mellom kvantefeltteori og gravitasjon samt vakuumets energi og dens rolle i kosmologi.