“真空灾难”是什么？它对于我们理解和认识宇宙有什么影响？

巴拿巴

真空灾难的实验结果和理论结果有时被称作是有史以来最大的分歧。它们的差值大约有10的107次方。

根据量子领域理论，空旷的空间中的能量不可能为0。事实上，量子场理论（QFT）给了我们一个确切的值关于空旷的空间应该包含的能量。尽管我们无法获得这些能量，但是这些能量确实有重力的影响。

图解：本图中，电子与正电子湮灭产生虚光子，而该虚光子生成夸克－反夸克组，然后其中一个放射出一个胶子。（时间由左至右，一维空间由下至上）

旅行者探测器带给我们众多事情中的一件使得我们可以去估量这些重力的影响是多少。不幸的是，他们测定的这些理论上的预测值差别太太太远了。

这里有一个短论文针对那些大学物理系学生，更好地描述了这个现象。

说这是一场灾难是因为量子场理论（QFT）是极其准确的理论。（可以说是有史以来最准确的理论）但是，在这一天结束的时候，你会发现你必须去回去重新观察这个理论，因为我们最喜爱的理论中的一些内容是错误的。

图解：透过铁粉可以显示出磁场的磁力线。将条状磁铁放在白纸下面，铺洒一堆铁粉在白纸上面，这些铁粉会依著磁力线的方向排列，形成一条条的曲线，在曲线的每一点显示出磁力线的方向。

海森堡不确定性原理的其中一个结果就是一个系统不可能处于0能量状态。在一个坚果壳中，如果一个粒子没有任何的能量，那么它将不会移动且不会包含任何动量。然而，想要确切地到达这种状态需要这个状态完全不稳定，而且（因为许多原因）这是不可能的。你可以用数学的方式去验证这个理论，然后你会发现这个系统总是会包含一点能量，且这个能量大约是ω/2，所有讨论的粒子和系统都在ω。那一点点能量被称作“基态能量”或是“基态能”。

图解：标准模型所含的基本粒子：组成物质的六种夸克、传递基本相互作用的四种规范玻色子以及使得粒子获得质量的希格斯玻色子

同样的事情也被应用于粒子领域，但是与其泛泛而谈，我会直接讨论关于光：电磁领域（EM）。事实证明，电磁场的每一个频率，在空间内的每一个点都是它自己的微小系统。（这根本不是显然易见的；这不属于数学）。作为结果，不是每一个单独的系统都有一个微小的“基态能”，而是在任意空间内都有大量的系统。这些系统组成了基态能密集度，这作为“真空零点能”被人熟知。

图解：phi-4标量场理论中带两个外支腿的单圈费曼图

暂且不说，很多人对于“真空零点能”感到很兴奋，但是不应该兴奋过早。撇开收获它会违背不确定性原则（它很好地奠定了基石）的事实，去生产可用的能量你需要将东西从高能量状态降到低能量状态。有大量的潜在能量存在，比如，所有的海水坠入海底（一个像海洋一样深的瀑布会产生大量的水电能量）。当然，我们首先需要将所有的水都抽出来。然后我们可以获得能量，从将海水重新倒入海底的过程中。（所以，净能量增值为0）。

回到这一点：因此每个光频率都有一个基态能量。查看所有接近Ω的频率，你会发现基态能量密度几乎与Ω的4次方成正比（再次，不明显）。

但是这里有很多频率！就我们所知，这几乎是没有上限的，这就意味着基态能量几乎是无限的。有很多特定的预测（往往非常高），基于我们可以用加速器制作的最高能量光子，或观察到的最高能量光子，或者甚至需要考虑（频率过高、波长足够短、空间变得“颗粒状”等等诸如此类）。所有这些预测都认为零点能量是十分巨大的。

图解：上图为量子电动力学中的树阶费曼图之一。它描述电子和正子互相歼灭，产生离壳光子，再衰变为新的电子正子对。时间从左至右前进，箭头顺着时间的直线代表正子，箭头与时间方向相反的直线代表电子，波浪线代表光子。量子电动力学费曼图中的每一个内点都必须连上一条指入和一条指出的费米子线（正子或电子），以及一条光子线。

然而，所有的能量和物质都会产生重力，所以你会期望所有额外的东西会影响重力的运作方式。具体来说，无论轨道的大小如何，你都期望轨道物体的速度都大致相同（仍然：不明显）。但是，尽我们所能去预测（这非常好），但是在恒星和行星运动以及诸如此类的东西方面，根本没有看到任何影响。

所以为什么不直接抛弃整个零点能量理论呢？为什么不说：“它显然不在身边，为什么不略过它呢？“因为你可以探测到它！弧形球！

图解：“卡西默效应”和最近的一些实验来衡量它。 通常，我们周围的（几乎）虚拟粒子的压力会平衡。 但是在两个表面之间，较低频率（最长波长）的波函数不可能存在，因此它们不能增加压力。 结果，外部压力更高，并且表面被推到一起。

导体内部的电场为零（至少在超导体内）。这个原则与金属光泽和“法拉第笼子”相关。在两个导电表面之间，电场只能假设波长短于板之间的距离（因此只有高于某一截止频率的频率），因为这些板通过强制它为零而将其钉在场上。

这有点像你希望在海洋中找到大而低频的波浪，而不是在杯子中。

由于导电表面之间的区域缺少与这些低频率相对应的所有“微小系统”，因此两个导电表面之间的能量密度略低于它们之外的能量密度（更不用说两个密度都可能很大），这表明，作为将表面推到一起的微小压力。 如果根本没有零点能量，那么你就不会看到这种效应。

因此，就像量子场理论预测的那样，存在一些基态能量（QFT为1点）。然而，该理论还预测应该有如此多的能量，其引力效应将压倒其他一切的引力。

这对我们对宇宙的理解意味着什么：我们遗漏了一些东西。但这对科学家来说是老套的。作为一个人，我们习惯于处理未知数和奇怪的实验结果。只是在物理学上，至少在上个世纪，一个接一个的大预测/验证取得了胜利。像这样的绊脚石出现是因为我们做得很好。

真空灾难可能导致另一个大的范式转变，或者略微纠正，或谁知道。其他小的奇怪现象，如核衰变和水星轨道，导致创造了全新的领域，如粒子物理学和广义相对论。

我们可能只是没有考虑到某些因素，但它无论如何都是一件大事。

相关知识阅读

在理论物理学里，量子场论（英语：Quantum field theory，简称QFT）是结合了量子力学、狭义相对论和经典场论的一套自洽的概念和工具。[1]:xi在粒子物理学和凝聚态物理学中，量子场论可以分别为亚原子粒子和准粒子建立量子力学模型。量子场论将粒子视为更基础的场上的激发态，即所谓的量子，而粒子之间的相互作用则是以相应的场之间的交互项来描述。每个相互作用都可以用费曼图来表示，这些图不但是一种直观视化的方法，而且还是相对论性协变摄动理论中用于计算粒子交互过程的一个重要的数学工具。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. Physicist- balance

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原文地址：今日头条

武汉嘉瑞

真空有能密梯度，是广义相对论的灾难；量子有无穷大密度，是量子力学的灾难。这“两大灾难”足以颠覆“两大支柱”。只怕是：不是课题盛宴嫣然已过，而是问题危机悄然紧逼。[敲打][敲打][敲打]

小雨粑粑2012

这里看到的磁铁磁力线其实是不真实的现象，因为各铁销被磁感应而磁化了都具有NS两极，同极相斥，异极相吸，而磁两极就形成了偶极子，空间的磁流通过磁体形成了回路，而这种磁流是无时差的回路流，也称之破缺对称。当一块磁体形成隅极子时，空间的磁流就付于它能量，将磁体吸在冰箱壁上，它可以克服重力而不掉下。磁能也是空间能，不是磁体本身的能，就象聚焦镜只是将光聚焦了，而镜本身不具备能量是一个道理。