Tyhjiötilat

Tyhjiötilat ovat fysiikassa järjestelmän energian alinta mahdollista tilaa. Kvanttifysiikassa tyhjiö ei ole todellinen tyhjyys: sen tilassa on nollapiste-energiaa ja kvanttifluktuaatioita, joihin liittyy virtuaalisia hiukkasia, jotka ilmaantuvat ja katoavat lyhytaikaisesti.

QFT:n mukaan jokaisella kentällä on oma tyhjiötilansa. Näitä tiloja voi olla useita; ne voivat olla degeneraattisia. Todellinen tyhjiö on energialtaan alhaisin tila; metastabiili (false vacuum) voi muuttua todelliseksi tyhjiöksi, jolloin syntyy kuplia ja tilan siirtymiä.

Tyhjiötilojen vuorovaikutukset näkyvät kokeellisesti. Esimerkkejä ovat Casimir-efekti kahden johtavien levyjen välillä sekä Lambin siirtymä atomien spektrissä. Nollapiste-energia ja tyhjiöfluktuaatiot vaikuttavat kvanttivaikutuksiin ja fyysisiin ilmiöihin.

Kosmologiassa tyhjiöenergia vaikuttaa maailmankaikkeuden laajenemiseen ja siten kosmologiseen vakioon. False vacuumin välinen siirtyminen voi aiheuttaa faasinmuutoksia varhaisessa universumissa ja kuplien muodostusta. Teoriat kuten inflaatio liittyvät tyhjiötilan rooliin.

Monilla aloilla, kuten kondensoituneessa aineessa ja kvanttimekaniikassa, tyhjiötilat esiintyvät mallinnuksessa matalan energian tiloina ja niillä on keskeinen rooli järjestelmien ground state -ominaisuuksien ymmärtämisessä.