Energia si campul punctului zero

Mecanica cuantica mentioneaza existenta a ceea ce uzual se numesc energiile punctului zero pentru interactiunile slabe, puternice sau electromagnetice in acest caz "punctul zero" reprezentand acea energie a unui sistem la temperatura T=0, sau altfel spus cel mai scazut nivel cuantic posibil.
Desi termenul "energia punctului zero" poate fi aplicat tuturor celor trei tipuri de interactiuni care se manifesta in natura, în mod obisnuit(si în continuare în acest articol) el este folosit numai referitor la cazul interactiunilor electromagnetice.

In fizica conventionala originea coceptului de energie a punctului zero se regaseste in principiul incertitudinii al lui Heisenberg care postuleaza ca pentru o particula aflata in miscare cum ar fi un electron cu cat mai precis i se poate determina pozitia in spatiu cu atat mai putin precis i se poate determina impulsul(produsul dintre masa si viteza) si reciproc.Valoarea aproximativa, cu minim de eroare, a acestei incertitudini cu privire la impulsul sau pozitia unei particule este data de constanta lui Planck.O incertitudine paralela exista si in masurarea timpului si a energiei(si a altor variabile asa zis conjugate din mecanica cuantica).
Aceasta asa numita "incertitudine" nu se manifesta din cauza unor greseli in masurari ci mai reflecta mai degraba neclaritatile existente la un nivel intrinsec profund in ceea ce priveste natura energiei si a materiei si care provine din natura ondulatorie a diferitelor cimpuri cuantice. Acest lucru conduce catre conceptul de energie a punctului zero.

Energia punctului zero este acea energie care continua sa se manifeste in cadrul unui sistem dupa ce toate celelalte forme de energie au fost eliminate.
Acest aspect poate fi demonstart cu ajutorul heliului lichid.Daca temperatura este scazuta pana la zero absolut heliul ramane in stare lichida fara sa inghete datorita energiei punctului zero care continua sa se manifeste la nivel atomic(daca se creste presiunea la 25 atmosfere atunci heliul va ingheta).

Oscilator armonic este un instrument conceptual deosebit de util in fizica.Prin urmare, un oscilator armonic cum ar fi un obiect de masa m atasat unui resort poate fi adus in stare de repaus; un oscilator cuantic insa nu va permite acest lucru, o miscare reziduala continuind sa existe in permanenta ca urmare a manifestarii principiului incertitudinii al lui Heisenberg si deci energia punctului zero continuta de sistem va avea o valoare egala cu 1/2hf unde f este frecventa oscilatorului.

Radiatia electromagnetica poate fi reprezentata sub forma de unde care se deplaseaza prin spatiu cu viteza luminii.Undele nu au substanta, dar reprezinta oscilatii ale unui camp definit teoretic. Totusi, aceste unde transporta energia(si impuls) fiecare dintre ele avand o frecventa specifica, o anumita directie si un anumit nivel de polarizare.Fiecare unda reprezinta un mod de propagare al campului electromagnetic.Fiecare mod este echivalent unui oscilator si este astfel supus principiului incertitudinii al lui Heisenberg.
Pornind de la aceasta analogie, fiecare mod de propagare trebuie sa posede o valoare minima, aproximativ egala cu 1/2hf.Aceasta este o cantitate foarte mica de energie, pentru fiecare mod , dar numarul de moduri este enorm si intr-adevar creste pe unitatea de frecventa, cu patratul acesteia.Densitatea de spectru energetic este determinata de densitatea de moduri inmultita cu valoarea energiei pe fiecare mod, valoarea acesteia crescand astfel exponential.Valoarea energiei pentru fiecare mod inmultita cu densitatea foarte mare de moduri ar determina, din punct de vedere teoretic existenta unei densitati uriase de energie a punctului zero pentru fiecare centimetru cub de spatiu.
Plecand de la acest rationament, fizica cuantica sustine ca intreg spatiul trebuie sa fie plin de fluctuatiile electromagnetice ale punctului zero generand un ocean universal de energie. Densitatea acestei energii este dependenta de modul in care campurile punctului zero urca sau scad in frecventa.
Deoarece se presupune ca spatiul in sine se descompune in particule cuantice aflate la o distanta foarte mica unele de celelalte, distanta cunoscuta sub numele de constanta lui Planck, exista argumentatia ca oscilatiile punctului zero trebuie sa inceteze la o frecventa corespunzatoare constantei lui Planck.In acest caz densitatea energiei punctului zero va fi de 110 ori mai mare decit energia radianta din centrul Soarelui.
Cum este posibil ca aceasta enorma cantitate de energie sa nu poata fi detectata?...Exista o singura diferenta majora intre radiatia electromagnetica a punctului zero si radiatia electromagnetica obisnuita; revenind la principiul incertitudinii al lui Heisenberg, putem observa ca in toata durata de viata a unui foton specific punctului zero, privit ca o unda, acesta strabate o distanta aproximativa care corespunde cu o fractiune din lungimea de unda a acestei unde.Un asemenea fragment de unda este oarecum diferit de o unda plana si este dificil de aflat cum ar putea fi interpretata.

Efectul Casimir

In 1947, Hendrik Casimir se afla in Olanda lucrand la un laborator apartinind concernului Philips, impreuna cu fizicianul J.T.G. Overbeek.Tema de cercetare era dedicata fortelor van der Waals.
La un moment dat Casmir a avut ocazia sa discute subiectul, cu fizicianul Niels Bohr. In timpul discutiei, acesta a facut referire la energia punctului zero , ca fiind implicata in manifestarea fortelor mai sus mentionate, lucru care l-a determinat pe fizician sa studieze mai atent manifestarea acestor forte asupra unor placi paralele, conductive, aflate la distanta mica si plasate in vid.
Spatiul existent intre cele doua placi determina o manifestare diferita a undelor de natura electromagnetica, in functie de lungimea de unda manifestata.In particular, undele a caror lungime de unda este comparabila cu distanta dintre placi si chiar mai mare, nu se manifesta in intervalul dintre placi.Aceasta “lipsa” energetica dintre placi, favorizeaza o tendinta de apropiere intre acestea fapt care a dus la concluzia ca o forta externa ce provine din punctul zero se manifesta asupra placilor, apropiindu-le.
Acest fenomen ar putea fi comparat cu radiatia Soarelui, care deviaza coada cometelor in raport cu nucleul acestora.Aceasta forta poarta numele de forta Casmir si creste in intensitate invers proportional cu distanta dintre cele doua placi.Forta Casimir scade atunci cind cele doua placi se apropie suficient de mult astfel incit fluctuatiile energiei punctului zero nu mai trateaza cele doua placi ca fiind obiecte cu suprafete perfect conductoare; prin urmare la o distanta foarte mica, neregularitatile de natura microscopica de pe suprafata placilor joaca un rol hotaritor in modul de manifestare a energiei punctului zero asupra acestora.
Calculul fortei Casmir nu a putut fi facut cu precizie pina in anul 1990 cind S. Lamoreux de la Universitatea din Washington,a determinat marimea acesteia cu o abatere de circa 5% raportata la o dimensiune de citiva microni; de atunci incoace ea a fost masurata si mai precis de catre U. Mohideen de la Universitatea din California.
In urma acestor experimente, reiese clar faptul ca universul este un imens ocean de manifestare a energiei punctului zero.

Alte experimente

Exista un interes crescand in ceea ce priveste posibilitatea folosiri energiei punctului zero, multi sustinind faptul ca exista deja tehnologii care folosesc aceasta energie pentru a obtine un randament supraunitar. Desi exista pareri contradictorii cu privire la acest aspect, posibilitatea folosirii energiei punctului zero nu poate fi neglijata.
Energia punctului zero nu poate fi asemanata cu un rezervor termic si prin urmare nu se supune principiilor termodinamicii care se opun posibilitatii extragerii de energie termica dintr-un rezervor cu temperatura mai joasa.
In 1933, Cole si Puthoff au publicat o analiza termodinamica cu privire la posibilitatea extragerii energiei si caldurii din vid folosind efectul Casmir, fara a viola principiile termodinamicii.
Fizicianul Robert Forward, a imaginat un dispozitiv pe care l-a denumit baterie cu fluctuatie de vid alcatuit din mai multe placi conductive aranjate ca in dispozitivul experimental prezentat de Casmir.Prin aplicarea unei polaritati identice tuturor placilor, acestea vor avea tendinta sa se respinga, opunindu-se fenomenului de apropiere(descris in experimentul Casmir) datorita energiei punctului zero.
Prin ajustarea fortei electrostatice aplicate placilor astfel incit forta Casmir sa domine, va rezulta un flux energetic suplimentar, care va apare intre placi convertind astfel enegia punctului zero in energie electrica.
Ne putem imagina astfel un microdispozitiv in care forta Casmir impinge placile una spre alta, antrenand prin urmare, un gen de pirghie care efectueaza lucru mecanic. Chiar daca exemplele date mai sus nu ofera o valoare practica(in sistem aparand pierderi care fac ineficient principiul), totusi acestea pot demonstra posibilitatea conversiei energiei punctului zero in lucru mecanic util.

Mihai Negrutiu