Zero-point energy/el
Εξερευνήστε τη θεμελιώδη έννοια της ενέργειας μηδενικού σημείου στην κβαντική μηχανική στο Appropedia.
Στη φυσική W , η ενέργεια μηδενικού σημείου W είναι η χαμηλότερη δυνατή ενέργεια W που μπορεί να διαθέτει ένα κβαντομηχανικό φυσικό σύστημα W και είναι η ενέργεια της θεμελιώδους κατάστασης W του συστήματος. Η ιδέα προτάθηκε για πρώτη φορά από τους Albert Einstein W και Otto Stern W το 1913. Όλα τα κβαντομηχανικά συστήματα έχουν ενέργεια μηδενικού σημείου.
Στην κβαντική θεωρία πεδίου W , είναι συνώνυμο της ενέργειας κενού W , μια ποσότητα ενέργειας που σχετίζεται με το κενό W του κενού χώρου W .
Επειδή η ενέργεια μηδενικού σημείου είναι η χαμηλότερη δυνατή ενέργεια που μπορεί να έχει ένα σύστημα, αυτή η ενέργεια δεν μπορεί να αφαιρεθεί από το σύστημα. Ένας σχετικός όρος είναι το πεδίο μηδενικού σημείου, το W που είναι η χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση ενός πεδίου. W δηλ. η βασική του κατάσταση W , η οποία είναι μη μηδενική.
Ο σκοπός αυτού του άρθρου είναι να εξηγήσει τη βασική έννοια και γιατί θεωρείται από τους επιστήμονες ότι είναι αδύνατο να εξαχθεί η ενέργεια του σημείου μηδέν. Παρά το γεγονός ότι αυτό είναι ευρέως αποδεκτό και οι λόγοι που είναι ευρέως γνωστοί, η ιδέα προωθείται ευρέως - τόσο για εμπορικό κέρδος όσο και για γνήσια πίστη.
Για περισσότερες λεπτομέρειες της επιστήμης και για συνδέσμους για περαιτέρω μελέτη, δείτε Βικιπαίδεια:Ενέργεια μηδενικού σημείου .
Θεμελιώδης φυσική
Στην κλασική φυσική, η ενέργεια ενός συστήματος είναι σχετική και ορίζεται μόνο σε σχέση με κάποια δεδομένη κατάσταση (συχνά ονομάζεται κατάσταση αναφοράς). Τυπικά, κάποιος μπορεί να συσχετίσει ένα ακίνητο σύστημα με μηδενική ενέργεια, αν και κάτι τέτοιο είναι καθαρά αυθαίρετο.
Στην κβαντική φυσική, είναι φυσικό να συσχετίζεται η ενέργεια με την προσδοκώμενη τιμή ενός συγκεκριμένου τελεστή (φυσική)|τελεστή, η Χαμιλτονιανή (κβαντική μηχανική)|Χαμιλτονιανή του συστήματος. Για όλα σχεδόν τα κβαντομηχανικά συστήματα, η χαμηλότερη δυνατή τιμή προσδοκίας που μπορεί να αποκτήσει αυτός ο χειριστής δεν είναι μηδέν. αυτή η χαμηλότερη δυνατή τιμή ονομάζεται ενέργεια μηδενικού σημείου. (Προειδοποίηση: Εάν προσθέσουμε μια αυθαίρετη σταθερά στο Hamiltonian, λαμβάνουμε μια άλλη θεωρία που είναι φυσικά ισοδύναμη με την προηγούμενη Hamiltonian. Εξαιτίας αυτού, παρατηρείται μόνο η σχετική ενέργεια, όχι η απόλυτη ενέργεια. Αυτό δεν αλλάζει το γεγονός ότι η ελάχιστη ορμή είναι μη μηδενική, ωστόσο.)
Η προέλευση μιας ελάχιστης ενέργειας που δεν είναι μηδενική μπορεί να κατανοηθεί διαισθητικά με βάση την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg. Αυτή η αρχή δηλώνει ότι η θέση και η ορμή ενός κβαντομηχανικού σωματιδίου δεν μπορούν να είναι γνωστά και τα δύο ταυτόχρονα, με αυθαίρετη ακρίβεια. Εάν το σωματίδιο είναι περιορισμένο σε ένα πηγάδι δυναμικού, τότε η θέση του είναι τουλάχιστον εν μέρει γνωστή: πρέπει να βρίσκεται μέσα στο φρεάτιο. Έτσι, μπορεί κανείς να συμπεράνει ότι μέσα στο φρεάτιο, το σωματίδιο δεν μπορεί να έχει μηδενική ορμή, γιατί διαφορετικά θα παραβιαζόταν η αρχή της αβεβαιότητας. Επειδή η κινητική ενέργεια ενός κινούμενου σωματιδίου είναι ανάλογη με το τετράγωνο της ταχύτητάς του, δεν μπορεί να είναι ούτε μηδέν. Αυτό το παράδειγμα, ωστόσο, δεν ισχύει για ένα ελεύθερο σωματίδιο—η κινητική ενέργεια του οποίου μπορεί να είναι μηδέν.
Στη θερμοδυναμική, δεδομένου ότι η θερμοκρασία ορίζεται ως η μέση μεταφορική κινητική ενέργεια ενός κινούμενου σωματιδίου, η ύπαρξη μη μηδενικής ελάχιστης ενέργειας του σωματιδίου σημαίνει ότι είναι αδύνατο να επιτευχθεί η θερμοκρασία του απόλυτου μηδέν.
Συσκευές "δωρεάν ενέργειας"
Ως επιστημονική έννοια, η ύπαρξη ενέργειας μηδενικού σημείου δεν είναι αμφιλεγόμενη, αν και μπορεί να συζητηθεί. Αλλά οι μηχανές αέναης κίνησης W και άλλες συσκευές παραγωγής ενέργειας που βασίζονται στην ενέργεια μηδενικού σημείου είναι εξαιρετικά αμφιλεγόμενες και απορρίπτονται από τους επιστήμονες. Οι περιγραφές πρακτικών συσκευών ενέργειας μηδενικού σημείου (ή συσκευών ελεύθερης ενέργειας ) δεν έχουν μέχρι στιγμής πειστικότητα. Μέχρι στιγμής, οι πειραματικές επιδείξεις συσκευών ενέργειας μηδενικού σημείου δεν έχουν αξιοπιστία. Για λόγους όπως αυτοί, οι ισχυρισμοί για συσκευές ενέργειας μηδενικού σημείου και οι μεγάλες προοπτικές για ενέργεια μηδενικού σημείου θεωρούνται ψευδοεπιστήμη W .
Όταν μια πρόταση παραβιάζει τους επιστημονικούς νόμους, δεν πρόκειται για νόμους που πρέπει να "επιβληθούν" - είναι θέμα μεταξύ του σχεδιαστή και της πραγματικότητας (φύσης). Οι εν λόγω νόμοι δεν είχαν προκαθοριστεί από τους ανθρώπους, αλλά απλώς ανακαλύφθηκαν πριν από πολύ καιρό και δεν βρέθηκαν ποτέ να παραβιάζονται.
Η ανακάλυψη της ενέργειας μηδενικού σημείου δεν βελτιώνει τις προοπτικές του κόσμου για τις μηχανές αέναης κίνησης W . Μεγάλη προσοχή έχει δοθεί στην αξιόπιστη επιστήμη που υποδηλώνει ότι η ενέργεια μηδενικού σημείου είναι άπειρη. Αλλά η ενέργεια μηδενικού σημείου είναι μια ελάχιστη ενέργεια κάτω από την οποία δεν μπορεί ποτέ να λάβει χώρα μια θερμοδυναμική αντίδραση W , επομένως καμία από αυτή την ενέργεια δεν μπορεί να αποσυρθεί χωρίς να μεταβληθεί το σύστημα σε διαφορετική μορφή στην οποία το σύστημα έχει χαμηλότερη ενέργεια μηδενικού σημείου. Ο υπολογισμός που βασίζεται στο πείραμα Casimir, ένας υπολογισμός που βασίζεται στον τύπο που προβλέπει την άπειρη ενέργεια κενού, δείχνει ότι η ενέργεια μηδενικού σημείου ενός συστήματος που αποτελείται από ένα κενό μεταξύ δύο πλακών θα μειωθεί με πεπερασμένο ρυθμό καθώς οι δύο πλάκες έλκονται μεταξύ τους. Οι ενέργειες του κενού προβλέπονται ότι είναι άπειρες, αλλά οι αλλαγές προβλέπονται πεπερασμένες. Ο Casimir συνδύασε τον προβλεπόμενο ρυθμό μεταβολής της ενέργειας μηδενικού σημείου με την αρχή της διατήρησης της ενέργειας για να προβλέψει μια δύναμη στις πλάκες. Η προβλεπόμενη δύναμη, η οποία είναι πολύ μικρή και μετρήθηκε πειραματικά ότι είναι εντός του 5% της προβλεπόμενης τιμής της, είναι πεπερασμένη. [ 1 ] Ακόμα κι αν η ενέργεια μηδενικού σημείου μπορεί να είναι άπειρη, δεν υπάρχει θεωρητική βάση ή πρακτική απόδειξη που να υποδηλώνει ότι άπειρες ποσότητες ενέργειας μηδενικού σημείου είναι διαθέσιμες για χρήση, ότι η ενέργεια μηδενικού σημείου μπορεί να αποσυρθεί δωρεάν ή ότι η ενέργεια μηδενικού σημείου μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά παράβαση της διατήρησης της ενέργειας.
Κατ' αρχήν, υπάρχει η προοπτική να βρεθεί κάτι που μπορεί να τροποποιηθεί αμετάκλητα ή να καταναλωθεί για να αντλήσει μια καθαρή θετική ποσότητα ενέργειας μέσω ενός ενεργειακού φαινομένου μηδενικού σημείου. Ο ενθουσιασμός θα πρέπει να μετριαστεί από τη συνειδητοποίηση ότι το φαινόμενο Casimir παράγει μικροσκοπικές ποσότητες ενέργειας και αυτές μόνο με μη ανανεώσιμο τρόπο.
Σημειώσεις
- ↑ http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Quantum/casimir.html - Το άρθρο αναφέρεται σε μια «σιωπηρή δύναμη» από την αλλαγή της ενέργειας, η οποία είναι η δύναμη που απαιτείται από τη διατήρηση της ενέργειας.
Για περισσότερες πληροφορίες, ανατρέξτε στις ενότητες Αναφορές , Περαιτέρω ανάγνωση και Εξωτερικοί σύνδεσμοι του άρθρου της Wikipedia.
