Ce este cu adevărat spațiul gol? Probabil ai auzit unii fizicieni spunând că nici măcar spațiul gol nu este cu adevărat gol, că el conține ceva numit „fluctuații ale vidului” sau „energie a punctului zero” și că acestea au legătură cu constanta cosmologică.
Există și unii care cred că putem extrage această energie a vidului și că putem alimenta mașinării cu ea. Dar știi deja că asta nu funcționează – pentru că, dacă ar funcționa, cineva ar fi pus deja o taxă pe ea. Dar de ce, mai exact, nu funcționează?
Ce este vidul în limbajul cotidian și în fizica cuantică?
În limbajul de zi cu zi, vidul este ceea ce rămâne dintr-un volum dacă elimini toate particulele. Este absența particulelor, spațiul pur.
Dar, dacă iei în considerare fizica cuantică, lucrurile nu mai sunt atât de simple.
Conform teoriei câmpurilor cuantice, particulele sunt doar manifestări ale câmpurilor. Câmpul îți spune care este probabilitatea de a găsi particule într-un anumit loc.
Dar chiar și atunci când nu sunt particule, câmpul este tot acolo ca să-ți spună că nu sunt particule. În acest caz, câmpul se află în starea de energie cea mai joasă, denumită de obicei „starea fundamentală”.
Unii fizicieni spun că vidul din jurul nostru nu este cu adevărat starea fundamentală a teoriei câmpurilor cuantice, ci un așa-numit „fals vid”. De aceea, se afirmă că vidul nostru este instabil și că, la un moment dat, se va dezintegra. Dacă s-ar întâmpla asta, am muri cu toții foarte repede. Dar nu-ți face griji. S-ar întâmpla mai repede decât viteza luminii, așa că nici nu ne-am da seama.
Ce înseamnă fluctuațiile cuantice?
Probabil ai mai auzit și că în vid există fluctuații cuantice. Dar ceea ce înseamnă asta, de fapt, este că nu poți ști sigur dacă un câmp se află în starea fundamentală într-un anumit loc.
Problema este principiul incertitudinii al lui Heisenberg. Dacă un câmp s-ar afla în mod perfect în starea fundamentală, i-ai cunoaște energia. Dar, în acest caz, nu ai putea fi sigur că energia nu se va schimba.
Așadar, valoarea medie a energiei este constantă, dar există o variație statistică în jurul acestei medii. Aceasta este cu adevărat fluctuația cuantică: incertitudinea.
Fizicienii calculează adesea această incertitudine folosind așa-numitele particule virtuale. Acesta este un alt termen care creează multă confuzie.
Ce sunt particulele virtuale?
O particulă virtuală este doar un termen care se referă la diagramele Feynman, o metodă de calcul a unor integrale. Nu sunt obiecte fizice în vreun sens real, sunt doar un mod de a face calcule.
Toate acele discuții despre particule care „ies” din vid și apoi „revin” în el – sunt doar vorbe. Este un mod de a descrie integrale. E vorba de integrale, până la capăt.
Putem măsura energia vidului?
Ok, dar ce e cu valoarea medie, cu rezultatul calculelor?
În teoria câmpurilor cuantice, această valoare așteptată (valoarea medie) nu este observabilă. Asta pentru că nu putem măsura energii absolute – putem măsura doar diferențe de energie.
Așadar, în mod obișnuit, energia vidului este definită ca fiind zero. Exact: este zero prin definiție.
Dar această definiție funcționează doar cât timp ignorăm gravitația. Pentru că energia are efect gravitațional. Iar gravitația modifică spațiul. Gravitația îți spune care este energia vidului, pentru că oferă un mod de a o măsura.
Aceasta este ceea ce numim constanta cosmologică. Ea este o manifestare a energiei vidului.
Constanta cosmologică și interpretările ei
Desigur, nu putem calcula valoarea acesteia. Teoria câmpurilor cuantice nu îți spune câtă energie are vidul. Trebuie să o măsori din efectele gravitaționale.
Fizicienii invocă adesea argumentul naturaleței (naturalness) pentru a susține că energia vidului ar trebui să fie uriașă.
Probabil ai auzit despre acest lucru și că ar fi cea mai proastă predicție făcută vreodată. Acest argument este lipsit de sens.
Totuși, nu mi-a plăcut niciodată interpretarea conform căreia constanta cosmologică este o dovadă că energia vidului este diferită de zero. Pentru mine, este o dovadă că vidul nu este un spațiu plat.
Aș spune că energia spațiului gol este zero, dar curbura lui nu este. Pentru că, din punct de vedere matematic, aceste două lucruri înseamnă același lucru.
Vidul, curbura și ecuațiile lui Einstein
Să ne uităm la ecuațiile câmpului ale lui Einstein. În partea stângă ai contribuția curburii, partea geometrică. În partea dreaptă ai toate sursele de energie care cauzează curbura.
De obicei, fizicienii scriu constanta cosmologică (în roșu) în partea dreaptă, ca și cum ar fi parte din termenii energetici. Personal, cred că ea aparține în partea stângă – este pur și simplu o parte din geometrie.
În orice caz, este clar că interpretarea privind dacă această constantă are legătură cu energia vidului ține de perspectivă.
De ce nu putem extrage energie din vid?
Indiferent cum interpretezi constanta cosmologică, vidul rămâne starea de energie cea mai joasă posibilă. De aceea nu poți extrage energie din el. Este deja la cel mai jos nivel posibil.
Brevete bizare și pseudoștiință
Cu toate acestea, oamenii continuă să încerce să extragă această energie a punctului zero, așa cum este ea deseori numită.
Un brevet celebru în această categorie aparține lui Uwe Jarck, din 1996. El a vrut să aranjeze bobine și magneți în așa fel încât energia punctului zero să formeze o spirală și apoi să o poată extrage. Credea că vidul este un fel de mediu care poate fi direcționat, ceea ce, ei bine, nu este.
Brevetul este o lectură interesantă. Inventatorul susține că energia punctului zero este „de natură spirituală” și că acest „spirit universal” i-a intrat în creier și l-a inspirat să facă această invenție uimitoare, care, din păcate, nu a produs niciodată energie.
Există mai multe astfel de brevete, precum acesta al lui Thomas Bearden din 2002, care folosește din nou o mulțime de bobine și magneți pentru a exploata așa-zisa energie a vidului.
Sau cel al lui Richard Lighthouse, care dorește să extragă moment cinetic din vid și să genereze energie astfel. Problema este că vidul nu are moment cinetic.
Efectul Casimir
O abordare puțin diferită este cea care încearcă să folosească efectul Casimir ca sursă de energie. Efectul Casimir este o presiune care poate fi generată prin modificarea locală a vidului.
Cel mai comun mod de a face asta este folosirea a două plăci conductoare. Plăcile nu au sarcină electrică, dar trebuie să poată conduce electricitate.
Câmpurile cuantice dintre plăci trebuie să se potrivească în acel spațiu cu lungimile lor de undă. Plăcile creează o condiție de limită care face imposibil ca unele lungimi de undă să încapă între ele.
Asta înseamnă că există mai multe fluctuații cuantice în afara plăcilor decât între ele, ceea ce creează o presiune din exterior, împingând plăcile una spre cealaltă. Acesta este efectul Casimir.
Acest efect este minuscul, dar real și a fost măsurat. Totuși, nu generează energie. Pentru că este nevoie de energie ca să așezi plăcile și să „împingi” vidul deoparte, ca să zicem așa. Poți recupera această energie mai târziu, dar nu obții un câștig net.
Nu extragi nimic din nimic
Concluzia este că toate aceste idei de a pune în funcțiune mașini cu energia punctului zero sunt pseudoștiință pură.
În vid nu există nimic ce poți extrage. Nici energie, nici moment cinetic și cu siguranță nici iluminare spirituală.
Lasă în pace vidul. Deja face destul: nu se dezintegrează.
| Citește și:
• Ce este energia punctului zero și de ce nu poate fi extrasă
• Albert Einstein: spațiul nu are o existență în sine
• De ce a vrut Einstein să reintroducă conceptul de eter
• Cel mai curios lucru despre viteza luminii
• Dacă am pune unul lângă altul toţi atomii din univers, cât spaţiu ar ocupa
• Teoria câmpurilor cuantice
• De ce spațiul nu poate fi discret, ci continuu
• Ce este „energia vidului”? O putem măsura?
Ce este spațiul gol?
Textul articolului este traducere și adaptare după textul din videoclip al fizicienei germane Sabine Hossenfelder.
