انرژی بینهایت در خلأ فضا-زمان: رویایی دستنیافتنی یا آینده انرژی بشر؟
انرژی بینهایت در خلأ فضا-زمان: رویایی دستنیافتنی یا آینده انرژی بشر؟
به گزارش gsxr و به نقل از اسپیس، بر اساس نظریه میدان کوانتومی – که ترکیبی از مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت خاص اینشتین است – ذرات به آن شکلی که ما تصور میکنیم وجود ندارند.
در واقع، این ذرات بهتر است به عنوان میدانهایی در نظر گرفته شوند که سراسر فضا و زمان را پر کردهاند. وقتی بخشی از این میدان انرژی کافی دریافت کند و شروع به حرکت نماید، ما آن را به عنوان یک ذره میشناسیم. اما ماهیت اصلی، خود میدان است.
انرژی نقطه صفر: پایینترین سطح ممکن
در مکانیک کوانتومی، هر سیستمی مجموعهای از سطوح انرژی مشخص دارد. میدانهای کوانتومی نیز در هر نقطه از فضا دارای انرژی هستند. از آنجا که هر حجم محدودی از فضا شامل بینهایت نقطه هندسی است، این بدان معناست که مقدار انرژی موجود در آن حجم نامحدود است.
جالب اینجاست که این انرژی حتی زمانی که میدانها در پایینترین حالت انرژی ممکن خود (حالت پایه یا نقطه صفر) قرار دارند نیز وجود دارد. در این حالت، هیچ انرژی اضافی، ارتعاش یا برانگیختگی وجود ندارد – فقط کمترین سطح انرژی ممکن.
اما به دلیل اصول بنیادی عدم قطعیت در مکانیک کوانتومی، حتی این حالت پایه نیز انرژی خاص خود را دارد.
چرا نمیتوانیم از این انرژی استفاده کنیم؟
متأسفانه پاسخ ساده است: این انرژی قابل استخراج نیست. دلیلش این است که این انرژی، پایینترین سطح ممکن برای جهان است. برای انجام کار، باید انرژی را از حالتی به حالت دیگر منتقل کنیم.
اما اگر بخواهید انرژی را از خلأ «بکشید»، جایی برای انتقال آن وجود ندارد، زیرا هرچه بکنید، همچنان توسط خلأ احاطه شدهاید. این شبیه تلاش برای کشیدن آب از ته چاهی خشک است: چیزی برای دادن باقی نمانده است.
اصل عدم قطعیت هایزنبرگ و ذرات مجازی
گفتنی است نگاه دیگری که کاملاً با تصویر میدانی سازگار است، از طریق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ارائه میشود. این اصل بیان میکند که نمیتوان همزمان انرژی یک ذره و مدت زمان وجود آن را با دقت کامل اندازهگیری کرد.
این بدان معناست که در حالت پایه جهان، ذرات میتوانند موقتاً به وجود آیند و انرژی را از خلأ «قرض» بگیرند، مشروط بر اینکه به اندازه کافی سریع ناپدید شوند تا این انرژی را بازگردانند.
این ذرات که به عنوان ذرات مجازی شناخته میشوند، تجلی تمام انرژیهای بنیادی میدانهای کوانتومی هستند که فضا-زمان را پر کردهاند. اگر بخواهید یکی از این ذرات را جدا کنید و آن را دائمی نمایید، این کار اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را نقض میکند، زیرا شما انرژی را از حالت پایه قرض گرفتهاید بدون اینکه آن را به موقع بازگردانید.
چرا انرژی خلأ کاربردی نیست؟
نتیجه نهایی این است که بدون توجه به مقدار انرژی نقطه صفر، این انرژی بستر جهان است که تمام فیزیک بر روی آن اتفاق میافتد.
همانطور که نمیتوانید از طبقه همکف ساختمانی که زیرزمین ندارد پایینتر بروید، نمیتوانید از حالت پایه جهان پایینتر بیایید – بنابراین چیزی برای استخراج وجود ندارد و راهی برای تبدیل این انرژی به کاربردهای عملی وجود ندارد.
آینده انرژی: بازگشت به روشهای سنتی
متأسفانه، به نظر میرسد که برای تأمین انرژی مورد نیاز خود باید همچنان به روشهای سنتی متکی باشیم. انرژی خلأ، با وجود جذابیت نظری آن، در عمل قابل استفاده نیست.
این بدان معنا نیست که دانشمندان از جستجو برای یافتن راههای جدید تأمین انرژی دست برمیدارند، اما فعلاً باید انرژی خلأ را به عنوان یکی از اسرار زیبای جهان در نظر بگیریم که درک ما از فیزیک بنیادی را گسترش میدهد، اما کاربردی عملی ندارد.
