兰姆位移。如果非常仔细地考虑氢原子的光谱线，我们能够发现n=2的角动量为L=1和L=0的两条能级之间有一个非常小的分裂，即使考虑

零点运动与真空涨落 ----------------------------------------------------------------

雁渡寒潭 发表于 2006-8-19 19:06:00   狄拉克的真空图像看起来已经足够复杂了，但是我们现在还要把它换成了一幅更复杂的图像。我们现在的空盒子不是一个什么都没有的地方，而应该被看成一锅虚粒子-反粒子对不停翻动沸腾的汤！例如，在我们前面谈论电子沿着时间反方向散射的时候，看起来好像是，在第一个散射中新产生的正电子必须预先知道它会被后来散射过程中的入射电子沿灭掉。现在我们知道，真空中充满了这样的虚电子-正电子对，所有的对都只存在非常短的时间。仅仅是其中的一个正电子被入射电子湮灭了！ 相对论量子力学的真空，或者更严格地说，相对论量子场论的基态，还有一些其他的很有意思的可观察效应。当我们用量子力学解决晶体中原子的振动问题时，晶体中振动波的有些属性与粒子很相似，就像光子一样。这些量子晶格振动就叫做声子。如果晶格冷却下来，不能激发振动声子，但是根据海森堡不确定性原理，这时候晶格中的原子必定还存在零点运动。正是这种零点运动阻止液氦变成固体。这种晶格与我们讨论的真实物理真空有什么关系呢？是这样，声子这样的量子物体与晶格位置的振动有关，光子也与电磁学的振动有关。现在我们可以看出，跟声子情形一样，电磁学也一定存在零点运动。令人吃惊的是，电磁场的这种真空涨落有一些实验上可以观测的效应。 这些理论最著名的一个应用是氢原子的所谓兰姆位移。如果非常仔细地考虑氢原子的光谱线，我们能够发现n=2的角动量为L=1和L=0的两条能级之间有一个非常小的分裂，即使考虑电子自旋的相对效应，这一分裂也无法解释. 这里还有一种量子效应我们没有考虑，那就是电磁场的真空涨落的存在，解释了激发的电子怎么会“自发辐射”出一个光子并且跃迁到另一个能量耕地的态上。正是电磁场的零点运动激发了这些看起来似乎自发的跃迁。 还有一个非常奇特的可观测效应来源于这种真空涨落，这就是“真空力”。在物理真空中，电磁场所有可能的涨落波长都是允许的。现在让我们来考虑把两块很大的金属片面对面放在一起。如果是一块孤立的金属片，使不会有电磁场的，因为没有电流存在。对于真空电磁场的所有涨落来说，两块金属片之间，只有那些在金属片上强度为零的涨落才允许存在。因为一些正常的真空涨落在不允许存在了，电磁场的零点能救会发生变化。详细的计算表明，这将导致金属片之间出现一个非常小的吸引力。这种现象叫做卡斯密尔效应，这一效应的名字来自于著名的荷荷兰物理学家亨德里克卡斯密尔，他第一个指出了这种里的存在。 1958年，卡斯密尔真空里的存在实验上得到了证实。20世纪80年代，一共进行了很多实验来研究这种真空涨落如何影响激发态原子从两块卡斯密尔金属片之间经过。一个外加磁场用来控制原子的方向，保证原子的自发辐射最可能发生在垂直于金属片的方向。如果两块金属片之间的距离很大，将不会有可观察的效应。但如果我们将两块金属片靠近，让它们的距离只有辐射波长的大约一半大小，这样两片金属片之间就只能容纳一个单一的波峰或者波谷，在这种情况下，可以算出，自发辐射将无法发生。在1995年，这一预言被丹尼尔珂普勒和他的研究组在实验上证实。他们的实验证实，铯原子的自发辐射被这种卡斯密尔金属片抑制了。卡斯尔德预言，卡斯密尔金属片产生的改性真空态应该能够在中性原子上施加一个力。1993年，耶鲁的查尔斯苏肯尼克和同事们成功地探测到了作用于中性钠原子上的这种力。