Auzim că „energia vidul este în jurul nostru” ori că „energia vidului face ca universul să se extindă prin fluctuațiile cuantice”, pentru a ajunge rapid la „chakre energetice” și „vindecarea cuantică”. Sunt mulți confuzi cu privire la energia vidului, chiar și unii fizicieni. Așa că trebuie să lămurim subiectul!
În numărul din iunie 2021 al Scientific American a apărut o întrebare referitoare la un articol despre expansiunea accelerată a universului:
„Articolul „Cosmic Conundrum” de Clara Moskowitz menționează „energia vidului” (efectul particulelor virtuale care apar și dispar) ca cea mai probabilă cauză a expansiunii accelerate a universului, dar nu explică de ce energia vidului ar determina expansiunea universului. Înclin să cred că dacă spațiul este plin cu particule virtuale, acestea ar exercita o forță gravitațională uriașă care ar contracara expansiunea”.
La care editorul răspunde:
„Energia vidului este pozitivă și are o densitate constantă în spațiul. Astfel, creșterea volumului de spațiu duce la creșterea cantității totale de energie a vidului, care necesită lucru mecanic. Este opusul a ceea ce se întâmplă cu un gaz, a cărui energie și densitate scad pe măsură ce gazul se extinde. Când se întâmplă acest lucru, gazul exercită o presiune pozitivă. În schimb, deoarece energia vidului este pozitivă, aceasta exercită o presiune negativă, astfel încât galaxiile sunt îndepărtate unele de altele”.
Greu de înțeles acest răspuns... Așa că să examinăm detaliile. În primul rând, terminologia. Ce este energia vidului și de ce este importantă?
Dacă lăsăm deoparte gravitația, nu putem măsura energii absolute. Măsurăm doar diferențele de energie. Nu măsurăm, de exemplu, energia potențială electrică, ci diferențele de tensiune, ceea ce face posibilă „curgerea” curentului electric. Este ca și cum ai avea o listă lungă de comparații între înălțimea unor persoane (Dan este cu 2 cm mai înalt decât Carmen, Carmen e mai mare cu 1 cm decât Maria șamd), dar nu știm înălțimea absolută (reală) a niciuneia; astfel, nu poți ști înălțimea reală a niciunei persoane. La fel e și cu energiile.
Acesta este cazul general, cel în care puteți măsura doar diferențele de energie, atâta timp cât ignorați gravitația. Pentru că toate tipurile de energie prezintă atracție gravitațională, iar pentru atracția gravitațională contează energia absolută, nu cea relativă.
Este relevant să vorbim despre energii absolute în cadrul relativității generale, teoria gravitației a lui Einstein. Dacă vrem să aflăm valoarea absolută a energiilor, trebuie să facem acest lucru doar pentru un caz, deoarece știm diferențele de energie. Gândiți-vă la comparațiile între înălțimi. Dacă știți toate înălțimile relative, trebuie doar să măsurați înălțimea absolută a unei persoane pentru a cunoaște toate înălțimile absolute. În relativitatea generală nu măsurăm o persoană, măsurăm vidul.
Cum facem asta? Pentru aceasta trebuie să aruncăm o privire la ecuațiile relativității generale a lui Einstein numite „ecuațiile de câmp ale lui Einstein”.
Aceste ecuații conțin două constante, deci au aceeași valoare în fiecare punct al spațiului și în fiecare moment. G este constanta lui Newton și determină puterea gravitației. Cealaltă, lambda (Λ), se numește constanta cosmologică. R-urile cuantifică curbura spațiu-timpului.
T conține toate celelalte tipuri de energii, particule, radiații și așa mai departe. Aceasta înseamnă că, dacă stabilim valoarea zero lui T, vom avea spațiu gol. Prin urmare, putem interpreta lambda ca fiind densitatea de energie a vidului. Nu întreaga energie, ci energia pe volum. Această densitate a energiei vidului nu se diluează dacă universul se extinde, deoarece este o proprietate a spațiu-timpului. Acest lucru o face diferită de toate celelalte tipuri de densități de energie pe care le cunoaștem. Celelalte, de exemplu pentru materie sau radiații, se diluează odată cu expansiunea universului. Densitatea energiei vidului nu.
Ce legătură are densitatea de energie a vidului cu accelerația universului? Dacă vrem să știm ce face universul în ansamblu, introducem ceea ce se numește „factorul de scară”, a. Factorul de scală ne arată cum se schimbă distanțele în timp. Deci „a” este funcție de timp, a(t). Dacă universul se extinde, „a” crește, dacă universul se micșorează, „a” scade. Introduceți asta în ecuațiile lui Einstein. Și apoi una dintre ecuații spune că a doua derivată a factorului de scală, accelerarea expansiunii, are o contribuție proporțională cu constanta cosmologică. Deci de aici vine. Lambda pozitiv accelerează expansiunea.
Ce legătură are asta cu fluctuațiile vidului? Niciuna. Și aici unii fizicienii devin confuzi. Nu putem calcula această densitate de energie a vidului care apare în relativitatea generală. Este o constantă pe care o deducem din observații și asta este.
Mulți fizicieni susțin că fizica particulelor prezice densitatea de energie a vidului și că este cu 120 de ordine de mărime prea mare, iar asta este cea mai proastă predicție. Dar este greșit. Această valoare pe care o obțineți din fizica particulelor este nemăsurabilă, deci nu este o predicție. Când cineva vorbește despre o predicție proastă, trebuie întrebat ce teorie a fost invalidată de conflictul dintre predicție și observație? Răspunsul este: niciunul. De ce? Pentru că nu a fost o predicție.
Așadar, vidul are o densitate de energie, care este o constantă a naturii, este proporțională cu accelerarea expansiunii universului și nu are nimic de-a face cu fluctuațiile cuantice. Aceste aspecte ar trebui să clarifice și cum ceva despre care se presupune că este un efect al fluctuațiilor cuantice poate fi constant atât în spațiu, cât și în timp. Pentru că nimic nu fluctuează.
Să analizăm răspunsul editorului. Acest răspuns folosește o analogie între densitatea de energie a vidului și cel mai simplu tip de gaz numit „gaz ideal”. Un gaz ideal este doar o grămadă de particule care se ciocnesc între ele. Gazul ideal are volum, temperatură, presiune și o energie internă. Energia internă este cea necesară pentru a efectua lucru mecanic. Ecuația cheie este:
ΔU = - p ΔV
U este energia internă, p presiunea și V volumul. Acel Δ înseamnă că avem mici modificări ale cantităților care vin după delta. Presiunea unui gaz ideal este întotdeauna pozitivă. Ceea ce ne spune această ecuație este că dacă o să creșteți volumul, deci ΔV este pozitiv, atunci ΔU este negativ, deci energia internă scade. Acest lucru înseamnă că dacă gazul se extinde, se efectuează lucru mecanic și atunci ai mai puțină energie internă.
Dar, așa cum am văzut, densitatea de energie a vidului, Lambda, este doar o constantă. Energia totală este densitatea înmulțită cu volumul. Aceasta înseamnă dacă volumul crește, deoarece universul se extinde, dar densitatea de energie a vidului este constantă, atunci cantitatea de energie a vidului crește odată cu volumul. Dacă o să comparați această energie cu energia internă a unui gaz, asta înseamnă că delta U trebuie să fie pozitiv, iar dacă Delta V este, de asemenea, pozitiv, deoarece spațiul se extinde, acest lucru se poate întâmpla numai dacă presiunea este negativă.
Și acest lucru este corect. Dacă asociați o presiune cu vidul, atunci acea presiune este negativă. Cu toate acestea, problema acestei explicații este că energia vidului nu este o energie internă, este energia totală, iar energia vidului nu este un gaz, deoarece nu este făcută din nimic; și e greu de înțeles cum poți ajunge de la o analogie cu gazul ideal la expansiunea universului.
Chiar dacă nu numim răspunsul greșit, acesta este înșelător. Sugerează că, în fapt, constanta cosmologică ar fi un fel de gaz ciudat, dar nu precizează că aceasta este doar o analogie. Analogii simplificate de acest gen, care nu au niciun sens, sunt motivul pentru care mulți oameni cred fie că fizica este de neînțeles, fie că fizicienii nu o pot explica, fie poate ambele.
Dacă te uiți la matematică, cel mai bun mod de a te gândi la densitatea de energie a vidului este că este doar o constantă a naturii.
Textul articolului reprezintă traducerea și adaptarea textului din videoclip.
