Vakuum Fluktuationen messbar, kleine Sensation

The ground state of quantum systems is characterized by zero-point motion. Those vacuum fluctuations are generally deemed an elusive phenomenon that manifests itself only indirectly. Here, we report direct detection of the vacuum fluctuations of electromagnetic radiation in free space. The ground-state electric field variance is found to be inversely proportional to the four-dimensional space-time volume sampled electro-optically with tightly focused few-femtosecond laser pulses. Sub-cycle temporal readout and nonlinear coupling far from resonance provide signals from purely virtual photons without amplification. Our findings enable an extreme time-domain approach to quantum physics with nondestructive access to the quantum state of light. Operating at multi-terahertz frequencies, such techniques might also allow time-resolved studies of intrinsic fluctuations of elementary excitations in condensed matter.

Die Messung soll ohne Einfluss auf das beobachtete System von statten gehen!

Der Physiker R.L. Jaffe hat sich 2005 seine eigenen Gedanken zum Casimir-Effekt gemacht. Insbesondere hat er überlegt, dass die Metallplatten ja irgendwie mit dem Feld (bzw. dem Vakuum) wechselwirken müssen – es können nicht einfach irgendwelche Platten sein, sondern sie müssen das Feld eben genau so beeinflussen, dass das elektrische Feld senkrecht auf den Platten stehen muss. Dazu müssen die Platten irgendwelche elektrischen Ladungen enthalten (die sich natürlich insgesamt ausbalancieren, weil die Platten elektrisch neutral sind.) Und das bedeutet, dass sich die Ladungen der beiden Platten gegenseitig beeinflussen können, indem sie über das Quantenfeld (wenn ihr wollt, könnt ihr von “virtuellen Photonen” sprechen) miteinander wechselwirken.

Rechnet man unter dieser Annahme mit den Mitteln der QFT aus, wie die beiden Platten sich beeinflussen, dann bekommt man dasselbe Ergebnis heraus wie bei der Rechnung mit den Vakuumfluktuationen. Die Rechnung ist insofern sogar etwas sauberer, als sie die Randbedingung (das Feld muss senkrecht stehen) direkt mit einbezieht und die Konsequenzen dieser Bedingung ausrechnet. Die Aussage, dass der Casimireffekt ein direkter Nachweis der Vakuumenergie ist, ist also zwar populär, aber zumindest problematisch, weil man dasselbe Ergebnis auch anders ausrechnen kann.

On the contrary, Casimir effects can be formulated and Casimir forces can be computed without reference to zero point energies.

lelouch schrieb:Wie soll das konkret gehen

Z. schrieb:Würde gerne mit euch diskutieren welche Folgen und Möglichkeiten ihr seht, die uns solche
Messungen bescheren könnten...

Überraschend für die Wissenschaftler war dabei, dass sie das untersuchte Quantensystem tatsächlich in seinem Grundzustand messen können, ohne diesen zu verändern.

Z. schrieb:Würde gerne mit euch diskutieren welche Folgen und Möglichkeiten ihr seht, die uns solche Messungen bescheren könnten...

Der Heisenbergkompensator ist ein Bestandteil von Transportersystemen, ohne den ein Transport nicht möglich wäre.

2369 versucht Captain Jean-Luc Picard Professor James Moriarty mit der Theorie zu täuschen, dass, wenn Heisenbergkompensatoren abgekoppelt werden und sich wieder willkürlich zusammenfügen lassen, Holodeckobjekte oder Personen mit der Kohäsion der konventionellen Materie aus dem Holodeck heraus gebeamt werden können. (TNG: Das Schiff in der Flasche)

Nach dem Verschwinden von Commander Benjamin Sisko, Doktor Julian Bashir und Jadzia Dax beim Transport auf die Erde, lässt Chief Miles O'Brien eine vollständige Diagnose der Musterpuffer der USS Defiant durchführen. Dabei legt er besondern Wert auf die Heisenberg-Kompensatoren.

Wie genau er funktioniert ist unbekannt, allerdings ist klar, dass das technische Problem der Transportertechnologie darin besteht, dass Objekte nicht nur einfach aus chemischen Verbindungen bestehen, sondern auch noch durch einige weitere Eigenschaften definiert werden. Die Heisenbergsche Unschärferelation beschreibt das Problem, dass die Messung der genauen Aufenthaltsorte der Teilchen, beispielsweise bei Elektronen der Aufenthaltsort und deren Geschwindigkeit innerhalb der Atomhüllen-Orbitale, nicht möglich ist, da man aufgrund der Quantenmechanik nur Wahrscheinlichkeiten aber keine absoluten Zahlen ermitteln kann. Dies ist kein messtechnisches Problem, sondern eine grundsätzliche physikalische Grenze. Der Heisenberg-Kompensator soll dieses Problem umgehen, wobei aber unklar ist, wie das funktionieren soll, da es, im Gegensatz beispielsweise zur Warptheorie, keine hypothetische mathematische Lösung eines solchen Kompensators in der realen theoretischen Physik gibt.

Allen messbaren Eigenschaften eines physikalischen Systems werden in der Quantenmechanik mathematische Objekte zugeordnet, die sogenannten Observablen. Beispiele sind der Ort eines Teilchens, sein Impuls, sein Drehimpuls oder seine Energie. Es gibt zu jeder Observablen einen Satz von speziellen Zuständen, bei denen das Ergebnis einer Messung nicht streuen kann, sondern eindeutig festliegt. Ein solcher Zustand wird „Eigenzustand“ der betreffenden Observablen genannt, und das zugehörige Messergebnis ist einer der „Eigenwerte“ der Observablen.

Z. schrieb:Nein, nicht zwingend.