Tyhjiöfluktuaatioilla

Tyhjiöfluktuaatiot ovat kvanttikenttäteorian ennustama ilmiö, jossa tyhjiö ei ole todella tyhjä, vaan siinä esiintyy jatkuvasti energian ja hiukkasten väliaikaisia vaihteluita. Nämä vaihtelut johtuvat Heisenbergin epätarkkuusperiaatteesta, joka sallii energian lainaamisen hyvin lyhyiksi ajoiksi. Vaikka tyhjiön keskimääräinen energia on nolla, hetkellisesti voi esiintyä positiivista ja negatiivista energiatiheyttä.

Näissä fluktuaatioissa syntyy ja tuhoutuu virtuaalisia hiukkas-antihiukkaspareja. Ne ovat olemassa vain hyvin lyhyen ajan, koska niiden täytyy "maksaa takaisin" lainattu energiansa nopeasti epätarkkuusperiaatteen vaatimusten mukaisesti. Vaikka virtuaaliset hiukkaset eivät ole suoraan havaittavissa, niiden olemassaololla on havaittavia seurauksia.

Yksi tunnetuimmista tyhjiöfluktuaatioiden ilmentymistä on Casimirin ilmiö. Kun kaksi lähekkäin olevaa, sähköisesti neutraalia johdatinta asetetaan tyhjiöön, niiden välinen tyhjiöfluktuaatioiden energiamäärä on pienempi kuin niiden ulkopuolella. Tämä erotus luo pienen hylkivän tai vetävän voiman johtimien välille. Toinen esimerkki on Lambin siirtymä atomien energiatasoissa, joka selittyy tyhjiöfluktuaatioiden vuorovaikutuksella atomien elektronien kanssa. Tyhjiöfluktuaatiot ovat keskeinen käsite nykyaikaisessa fysiikassa, ja niillä on merkitystä muun muassa kosmologiassa ja hiukkasfysiikassa.