تغيرات مؤقتة في الطاقة تؤدي إلى إنشاء أزواج من الجسيمات والجسيمات المضادة من الفراغ.تقلبات الفراغ الكمومي هي تغيرات عابرة وعشوائية في طاقة الفضاء الفارغ، تنشأ من مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ. حتى في الفراغ المثالي، يمكن لأزواج من الجسيمات والجسيمات المضادة أن تظهر تلقائيًا، وتوجد للحظة وجيزة، ثم تفني بعضها البعض، مقترضةً الطاقة من الفراغ في هذه العملية. هذه التقلبات ليست مجرد فضول رياضي — بل لها عواقب فيزيائية قابلة للقياس، مثل تأثير كازيمير، حيث تُدفع صفيحتان معدنيتان متقاربتان معًا بفعل ضغط الجسيمات الافتراضية. كما أنها تلعب دورًا في تفسير ظواهر مثل إشعاع هوكينغ من الثقوب السوداء والانبعاث التلقائي للضوء من الذرات المثارة.
تمت صياغة المفهوم في أواخر الأربعينيات من القرن العشرين مع تطور الديناميكا الكهربائية الكمومية، خاصة من خلال عمل هندريك كازيمير، الذي تنبأ بتأثير كازيمير في عام 1948، ولاحقًا بواسطة ستيفن هوكينغ في عام 1974، الذي طبق تقلبات الفراغ على الثقوب السوداء.
يسمح مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ بخرق مؤقت لحفظ الطاقة، طالما أن حاصل ضرب تقلب الطاقة ومدته صغير بما يكفي (ΔE·Δt ≈ ħ). وهذا يسمح بإنشاء زوج من الجسيم والجسيم المضاد من العدم، والذي يفني نفسه بعد ذلك في مدة زمنية تحددها طاقتهما. في وجود مجالات جاذبية قوية، مثل تلك القريبة من أفق حدث الثقب الأسود، يمكن لأحد أعضاء الزوج أن يهرب بينما يسقط الآخر، مما يؤدي إلى إشعاع هوكينغ. في الديناميكا الكهربائية الكمومية، تعمل هذه التقلبات أيضًا على "تلبيس" الإلكترونات، مما يغير خصائصها مثل الشحنة والكتلة بشكل طفيف.
تُستخدم تقلبات الفراغ الكمومي في تقنيات مثل تأثير كازيمير، الذي يُدرس للأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، وهي ضرورية لفهم استقرار المادة وانبعاث الضوء في أجهزة أشباه الموصلات.
الفراغ ليس فارغًا — فهو يحتوي على كثافة طاقة كبيرة لدرجة أنه إذا تم تحويلها إلى كتلة، فستكون كافية لإنشاء ثقب أسود بحجم بروتون في كل سنتيمتر مكعب من الفضاء.
| T_{\mu\nu} | متغير | stress-energy tensor — stress energy tensor joule per metre cubed |
| k^\mu | متغير | null vector — null vector |
| t | متغير | time coordinate — زمن second |
| f(t) | متغير | sampling function — sampling function |
| C | متغير | dimensionless constant — dimensionless constant |
| t_0 | متغير | characteristic timescale — زمن second |
| \int_{-\infty}^{\inf | مؤثر | integration over all time — التكامل |
| F | متغير | flux density — spectral flux density joule per second per metre squared per hertz |
| ν | متغير | frequency — تردد hertz |
| ν_p | متغير | break frequency — تردد hertz |
| F_νp | متغير | flux density at break frequency — spectral flux density joule per second per metre squared per hertz |
| β_1 | متغير | low-frequency spectral index — بلا أبعاد |
| β_2 | متغير | high-frequency spectral index — بلا أبعاد |
| s | متغير | smoothness parameter — بلا أبعاد |
| ΔT/T | متغير | Relative temperature fluctuation of CMB — تقلب درجة الحرارة |
| Φ | متغير | Gravitational potential perturbation — الكمون الجاذبي metre squared per second squared |
| η | متغير | Conformal time — conformal time second |
| ∫ | مؤثر | Integrates over conformal time along the photon path — التكامل |
| dot | مؤثر | Derivative with respect to conformal time — مشتقة زمنية |
| E_n | متغير | Energy of the nth level — طاقة joule |
| n | متغير | Quantum number (non-negative integer) — عدد كمي |
| \hbar | ثابت | Reduced Planck constant — ثابت بلانك المخفض = 1.054571817e-34 joule second |
| \omega | ثابت | Angular frequency of the oscillator — تردد زاوي radian per second |
| ρ_vac | متغير | vacuum energy density — كثافة طاقة joule per cubic metre |
| H | متغير | Hubble parameter — hubble parameter per second |
| ρ_vac^0 | متغير | current vacuum energy density — كثافة طاقة joule per cubic metre |
| H_0 | متغير | current Hubble parameter — hubble parameter per second |
| ν | متغير | running coefficient |
| G | ثابت | Newton's constant governing gravitational strength — ثابت الجاذبية = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared |
| hcap(γ_t) | متغير | Half-plane capacity of the Loewner hull at time t — half plane capacity metre squared |
| t | متغير | Time parameter of the Loewner evolution — زمن second |
