Zero-point energy/ko

Appropedia에서 양자 역학의 기본 개념인 영점 에너지에 대해 알아보세요.

물리학에서 영점 에너지 ⁽ zero-point energy ⁾ 는 양자역학적 ^물리 시스템이 가질 수 있는 가장 낮은 에너지 ^이며 , 시스템의 바닥 상태 에너지(ground state energy ^{) 입니다. 이 개념은 1913년 알베르트 아인슈타인 과} 오토 스턴 에 의해 처음 제안되었습니다 ^. 모든 양자역학적 시스템은 영점 에너지를 가지고 있습니다.

양자장 이론에서 ^{W 는 진공 에너지 W} 의 동의어이며 , 빈 공간의 진공 ^{W 와 관련된 에너지의 양을 의미} 합니다 .

영점 에너지는 시스템이 가질 수 있는 가장 낮은 에너지이기 때문에 시스템에서 이 에너지를 제거할 수 없습니다. 이와 관련된 용어로 영점장(zero-point field, ^W) 이 있는데 , 이는 장의 가장 낮은 에너지 상태이며, ^{W 는 0} 이 아닌 값을 갖는바닥 상태입니다 .

이 글의 목적은 기본적인 개념과 과학자들이 왜 영점 에너지를 추출하는 것이 불가능하다고 여기는지 설명하는 것입니다. 이러한 사실이 널리 받아들여지고 있고 그 이유도 잘 알려져 있음에도 불구하고, 이 개념은 상업적 이익과 진정한 믿음 모두에서 널리 홍보되고 있습니다.

과학적 원리에 대한 자세한 내용과 추가 학습을 위한 링크는 위키피디아:영점에너지를 참조하세요 .

기초 물리학

고전 물리학에서 시스템의 에너지는 상대적이며, 주어진 상태(종종 기준 상태라고 함)에 대해서만 정의됩니다. 일반적으로 정지해 있는 시스템의 에너지를 0으로 간주할 수 있지만, 이는 순전히 임의적인 것입니다.

양자 물리학에서 에너지를 특정 연산자(물리학)|연산자|시스템의 해밀턴(양자 역학)|해밀턴ian|의 기대값과 연관시키는 것은 자연스러운 일입니다. 거의 모든 양자 역학적 시스템에서 이 연산자가 얻을 수 있는 가장 낮은 기대값은 0이 아닙니다. 이 가장 낮은 값을 영점 에너지라고 합니다. (주의: 해밀턴ian에 임의의 상수를 더하면 이전 해밀턴ian과 물리적으로 동일한 다른 이론을 얻게 됩니다. 이 때문에 절대 에너지가 아닌 상대 에너지만 관측 가능합니다. 그러나 이는 최소 운동량이 0이 아니라는 사실을 바꾸지는 않습니다.)

0이 아닌 최소 에너지의 기원은 하이젠베르크 불확정성 원리를 통해 직관적으로 이해할 수 있습니다. 이 원리는 양자역학적 입자의 위치와 운동량을 동시에 임의의 정확도로 알 수 없다는 것입니다. 만약 입자가 퍼텐셜 우물에 갇혀 있다면, 그 위치는 적어도 부분적으로는 알려져 있습니다. 즉, 입자는 반드시 우물 안에 있어야 합니다. 따라서 우물 안에서는 입자의 운동량이 0일 수 없다는 것을 알 수 있습니다. 만약 0이라면 불확정성 원리가 위배되기 때문입니다. 또한, 움직이는 입자의 운동 에너지는 속도의 제곱에 비례하므로 0이 될 수 없습니다. 그러나 이 예시는 운동 에너지가 0일 수 있는 자유 입자에는 적용되지 않습니다.

열역학에서 온도는 움직이는 입자의 평균 병진 운동 에너지로 정의되므로, 입자의 최소 에너지가 0이 아닌 값이 존재한다는 것은 절대 영도에 도달하는 것이 불가능하다는 것을 의미합니다.

"자유 에너지" 장치

과학적 개념으로서 영점 에너지의 존재 자체는 논쟁의 여지가 있을 수 있지만, 논란의 여지가 없는 것은 아닙니다. 그러나 영점 에너지를 기반으로 하는 영구 운동 기관 ^이나 기타 발전 장치는 매우 논란이 많으며, 주류 과학자들로부터 거부당하고 있습니다. 실용적인 영점 에너지 장치(또는 자유 에너지 장치 )에 대한 설명은 지금까지 설득력이 부족했으며, 영점 에너지 장치의 실험적 증명 또한 신빙성이 부족합니다. 이러한 이유로 영점 에너지 장치에 대한 주장과 영점 에너지의 밝은 전망은 유사과학으로 간주 ^됩니다 .

어떤 제안이 과학 법칙을 위반할 때, 그 법칙들은 "강제적으로" 적용되어야 할 법칙이 아닙니다. 그것은 설계자와 현실(자연) 사이의 문제입니다. 문제의 법칙들은 인간이 미리 정의한 것이 아니라, 오래전에 발견되었고, 지금까지 위반된 적이 없었던 것입니다.

영점 에너지의 발견은 영구 운동 기관의 발전 가능성을 높여주지는 않습니다 . 영점 에너지가 무한하다는 권위 있는 과학적 주장에 많은 관심이 쏠렸습니다. 하지만 영점 에너지는 열역학적 반응이 절대 일어날 수 없는 최소 에너지이므로 ^{, 이} 에너지를 제거하려면 시스템을 영점 에너지가 더 낮은 다른 형태로 변형시켜야 합니다. 카지미르 실험의 근간이 되는 계산, 즉 진공 에너지가 무한대라는 공식에 기반한 계산은 두 판 사이에 진공이 있는 시스템의 영점 에너지가 두 판을 서로 끌어당길 때 유한한 비율로 감소함을 보여줍니다. 진공 에너지는 무한대로 예측되었지만, 변화량은 유한할 것으로 예측되었습니다. 카지미르는 영점 에너지의 예상 변화율과 에너지 보존 법칙을 결합하여 판에 작용하는 힘을 예측했습니다. 예측된 힘은 매우 작으며, 실험적으로 측정된 값은 예측값의 5% 이내로 오차가 있었으며, 유한한 값입니다. ^{[ 1 ]} 영점 에너지가 무한할지라도 무한한 양의 영점 에너지를 사용할 수 있다거나, 영점 에너지를 무료로 추출할 수 있다거나, 영점 에너지를 에너지 보존 법칙을 위반하여 사용할 수 있다는 것을 시사하는 이론적 근거나 실제적 증거는 없습니다.

원칙적으로, 영점 에너지 효과를 통해 순 에너지량을 끌어낼 수 있도록 비가역적으로 변형되거나 소모될 수 있는 무언가를 찾을 가능성은 여전히 ​​남아 있습니다. 하지만 카시미르 효과는 극히 미미한 양의 에너지를 생성하며, 그마저도 재생 불가능한 방식으로만 이루어진다는 점을 명심해야 합니다.

메모

더 자세한 내용을 보려면 위키백과 문서의참고 자료 , 추가 자료 및 외부 링크 섹션을 참조하십시오.

외부 링크

• 위키피디아:영점 에너지
• 위키피디아:물을 연료로 사용하는 자동차