Tyhjiöfluktuaatiot

Tyhjiöfluktuaatiot ovat kvanttikenttäteorian ennustamia väliaikaisia kvantteja, jotka esiintyvät tyhjässä avaruudessa. Vaikka tyhjiö määritellään tilana, jossa ei ole hiukkasia, kvanttikenttäteorian mukaan tyhjä avaruus ei ole koskaan täysin hiljainen. Sen sijaan se on jatkuvassa liikkeessä, jossa hiukkas-antihiukkasparit syntyvät ja annihiloituvat jatkuvasti hetkellisesti. Nämä tapahtumat ovat niin nopeita, että niitä ei voi suoraan havaita, mutta niiden vaikutukset ovat mitattavissa.

Yksi tunnetuimmista tyhjiöfluktuaatioiden seurauksista on Casimirin ilmiö. Kahden lähekkäin olevan metallilevyn välissä tyhjiöfluktuaatiot ovat rajoitetumpia kuin niiden ulkopuolella. Tämä ero johtaa paine-eroon, joka työntää levyjä toisiaan kohti. Ilmiö on vahvistettu kokeellisesti ja sitä pidetään yhtenä tyhjiöfluktuaatioiden konkreettisena todisteena.

Toinen merkittävä seuraus on Lambin siirtymä, joka on pieni energiaero vetyatomin kahden elektronisen energiatilan välillä. Tämä siirtymä selittyy sillä, että elektronit ovat vuorovaikutuksessa tyhjiön virtuaalisten fotonien kanssa, jotka syntyvät ja katoavat jatkuvasti. Tyhjiöfluktuaatioilla on myös rooli Hawkingin säteilyn selittämisessä mustien aukkojen läheisyydessä. Virtuaalisia hiukkas-antihiukkas-pareja syntyy mustan aukon tapahtumahorisontin lähellä, ja joskus toinen hiukkasista putoaa mustaan aukkoon, kun taas toinen pääsee karkaamaan. Tämä ilmiö saa mustan aukon menettämään massaa ja säteilemään energiaa.