Квантовое дрожание относится к нулевым колебаниям атомов и молекул, квантово-механическому эффекту, который сохраняется даже при абсолютном нуле.Квантовое дрожание, также известное как нулевые колебания, относится к постоянным, неизбежным колебаниям атомов и молекул, которые сохраняются даже при абсолютном нуле температуры (0 Кельвинов). Согласно классической физике, при абсолютном нуле всякое движение должно прекратиться, но квантовая механика утверждает, что частица, confined в конечном пространстве, не может иметь нулевую кинетическую энергию — она всегда должна «дрожать» около своего положения равновесия. Этот эффект является прямым следствием принципа неопределенности Гейзенберга, который запрещает частице иметь одновременно точно определенные положение и импульс.
Концепция энергии нулевых колебаний была впервые предложена Максом Планком в 1911 году как поправка к его закону излучения черного тела, а позже формализована Вернером Гейзенбергом и другими в 1920-х годах как краеугольный камень квантовой механики.
В кристаллической решетке атомы удерживаются межатомными силами, создавая потенциальную яму. С квантовой точки зрения, состояние с наименьшей энергией — это не дно ямы, а состояние с конечной энергией нулевых колебаний, равной половине кванта колебаний (ħω/2) для гармонического осциллятора. Это означает, что атомы никогда не находятся в полном покое; они колеблются с малой амплитудой даже при 0 К. Эти дрожания влияют на многие физические свойства, такие как коэффициент теплового расширения (который не исчезает при низких температурах), рассеяние электронов в металлах и стабильность некоторых фаз вещества.
Квантовое дрожание имеет решающее значение для понимания и предсказания поведения материалов при криогенных температурах, таких как сверхпроводники и сверхтекучие жидкости, и оно ограничивает чувствительность детекторов гравитационных волн, таких как LIGO, вызывая тепловой шум в зеркалах.
Квантовое дрожание является причиной того, что гелий никогда не замерзает в твердое состояние при атмосферном давлении, даже при абсолютном нуле, потому что его нулевые колебания настолько велики, что преодолевают слабое межатомное притяжение.
