Zero-point energy/Năng lượng điểm không

Khám phá khái niệm cơ bản về năng lượng điểm không trong cơ học lượng tử trên Appropedia.

Trong vật lý ^, năng lượng điểm không ^W là năng lượng thấp nhất có thể mà một hệ vật lý lượng tử ^{W có thể sở hữu} và là năng lượng của trạng thái cơ bản ^W của hệ. Khái niệm này lần đầu tiên được đề xuất bởi Albert Einstein ^W và Otto Stern ^W vào năm 1913. Tất cả các hệ lượng tử đều có năng lượng điểm không.

Trong lý thuyết trường lượng tử , ^W là từ đồng nghĩa với năng lượng chân không W^, một lượng năng lượng gắn liền với chân không ^W của không gian trống ^W.

Vì năng lượng điểm không là mức năng lượng thấp nhất mà một hệ thống có thể có, nên năng lượng này không thể bị loại bỏ khỏi hệ thống. Một thuật ngữ liên quan là trường điểm không, ^W , là trạng thái năng lượng thấp nhất của một trường; ^W , tức là trạng thái cơ bản ^W của nó , có giá trị khác không.

Mục đích của bài viết này là để giải thích khái niệm cơ bản, và lý do tại sao các nhà khoa học cho rằng việc chiết xuất năng lượng điểm không là bất khả thi. Mặc dù điều này được chấp nhận rộng rãi và các lý do được biết đến rộng rãi, khái niệm này vẫn được quảng bá rộng rãi - cả vì lợi ích thương mại lẫn từ niềm tin chân thành.

Để biết thêm chi tiết về mặt khoa học và các liên kết để nghiên cứu sâu hơn, hãy xem Wikipedia:Năng lượng điểm không .

Trong vật lý cổ điển, năng lượng của một hệ thống là tương đối và chỉ được định nghĩa khi so sánh với một trạng thái nhất định (thường được gọi là trạng thái tham chiếu). Thông thường, người ta có thể gán một hệ thống đứng yên với năng lượng bằng không, mặc dù việc làm này hoàn toàn mang tính tùy ý.

Trong vật lý lượng tử, người ta thường liên hệ năng lượng với giá trị kỳ vọng của một toán tử nhất định, tức là Hamiltonian của hệ thống. Đối với hầu hết các hệ thống cơ học lượng tử, giá trị kỳ vọng thấp nhất mà toán tử này có thể đạt được không phải là số không; giá trị thấp nhất này được gọi là năng lượng điểm không. (Lưu ý: Nếu ta cộng thêm một hằng số tùy ý vào Hamiltonian, ta sẽ thu được một lý thuyết khác tương đương về mặt vật lý với Hamiltonian trước đó. Do đó, chỉ có năng lượng tương đối là có thể quan sát được, chứ không phải năng lượng tuyệt đối. Tuy nhiên, điều này không làm thay đổi thực tế là động lượng tối thiểu khác không.)

Nguồn gốc của năng lượng tối thiểu không bằng không có thể được hiểu một cách trực quan dựa trên nguyên lý bất định Heisenberg. Nguyên lý này phát biểu rằng vị trí và động lượng của một hạt cơ học lượng tử không thể được biết đồng thời với độ chính xác tùy ý. Nếu hạt bị giam giữ trong một giếng thế năng, thì vị trí của nó ít nhất cũng được biết một phần: nó phải nằm trong giếng. Do đó, người ta có thể suy ra rằng bên trong giếng, hạt không thể có động lượng bằng không, vì nếu không thì nguyên lý bất định sẽ bị vi phạm. Bởi vì động năng của một hạt chuyển động tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc của nó, nên nó cũng không thể bằng không. Tuy nhiên, ví dụ này không áp dụng được cho một hạt tự do—động năng của nó có thể bằng không.

Trong nhiệt động lực học, vì nhiệt độ được định nghĩa là động năng tịnh tiến trung bình của một hạt chuyển động, sự tồn tại của năng lượng tối thiểu khác không của hạt ngụ ý rằng không thể đạt được nhiệt độ không tuyệt đối.

Về mặt khoa học, sự tồn tại của năng lượng điểm không không gây tranh cãi mặc dù có thể có những cuộc thảo luận. Nhưng các máy chuyển động vĩnh cửu ^W và các thiết bị tạo năng lượng khác dựa trên năng lượng điểm không lại gây nhiều tranh cãi và bị các nhà khoa học chính thống bác bỏ. Mô tả về các thiết bị năng lượng điểm không (hoặc thiết bị năng lượng tự do ) thực tế cho đến nay vẫn thiếu tính thuyết phục. Các minh chứng thực nghiệm về các thiết bị năng lượng điểm không cho đến nay vẫn thiếu độ tin cậy. Vì những lý do như vậy, các tuyên bố về thiết bị năng lượng điểm không và triển vọng to lớn của năng lượng điểm không được coi là giả khoa học^W.

Khi một đề xuất vi phạm các định luật khoa học, đó không phải là những định luật cần phải "thực thi" - mà là vấn đề giữa nhà thiết kế và thực tế (tự nhiên). Các định luật được đề cập không phải do con người định nghĩa trước, mà chỉ đơn giản là được phát hiện từ lâu và chưa từng bị phát hiện vi phạm.

Việc phát hiện ra năng lượng điểm không không cải thiện triển vọng của thế giới đối với các cỗ máy chuyển động vĩnh cửu ^. Nhiều sự chú ý đã được dành cho các nghiên cứu khoa học uy tín cho rằng năng lượng điểm không là vô hạn. Nhưng năng lượng điểm không là một mức năng lượng tối thiểu mà dưới đó phản ứng nhiệt động học ^không bao giờ có thể xảy ra, do đó không thể rút bất kỳ năng lượng nào trong số này ra mà không làm thay đổi hệ thống sang một dạng khác, trong đó hệ thống có năng lượng điểm không thấp hơn. Phép tính làm nền tảng cho thí nghiệm Casimir, một phép tính dựa trên công thức dự đoán năng lượng chân không vô hạn, cho thấy năng lượng điểm không của một hệ thống bao gồm chân không giữa hai tấm sẽ giảm với tốc độ hữu hạn khi hai tấm được kéo lại gần nhau. Năng lượng chân không được dự đoán là vô hạn, nhưng sự thay đổi được dự đoán là hữu hạn. Casimir đã kết hợp tốc độ thay đổi dự kiến ​​của năng lượng điểm không với nguyên lý bảo toàn năng lượng để dự đoán một lực tác dụng lên các tấm. Lực dự đoán này, rất nhỏ và được đo bằng thực nghiệm cho thấy sai số nằm trong phạm vi 5% so với giá trị dự đoán, là hữu hạn. ^{[ 1 ]} Mặc dù năng lượng điểm không có thể là vô hạn, nhưng không có cơ sở lý thuyết hoặc bằng chứng thực tế nào cho thấy có sẵn lượng năng lượng điểm không vô hạn để sử dụng, rằng năng lượng điểm không có thể được rút ra miễn phí hoặc rằng năng lượng điểm không có thể được sử dụng vi phạm định luật bảo toàn năng lượng.

Về nguyên tắc, vẫn còn triển vọng tìm ra thứ gì đó có thể bị biến đổi hoặc tiêu thụ không thể đảo ngược để thu được một lượng năng lượng ròng dương thông qua hiệu ứng năng lượng điểm không. Tuy nhiên, cần phải thận trọng khi nhận ra rằng hiệu ứng Casimir chỉ tạo ra một lượng năng lượng rất nhỏ và chỉ theo cách không thể tái tạo.

Để tìm hiểu thêm, vui lòng xem các mục Tài liệu tham khảo , Tài liệu đọc thêm và Liên kết ngoài của bài viết trên Wikipedia.

• Wikipedia: Năng lượng điểm không
• Wikipedia: Xe chạy bằng nước