Có thể có một lượng năng lượng vô hạn bị khóa trong chân không của không-thời gian. Vậy chúng ta có thể khai thác năng lượng này cho bất cứ điều gì hữu ích không?
Ý tưởng về năng lượng chân không xuất phát từ lý thuyết trường lượng tử, là sự kết hợp giữa cơ học lượng tử với thuyết tương đối hẹp của Einstein. Trong lý thuyết trường lượng tử, các hạt không thực sự là những gì chúng ta nghĩ. Thay vào đó, chúng được biểu diễn tốt hơn dưới dạng các trường, là các thực thể lượng tử trải dài khắp không gian và thời gian. Khi một mảng cục bộ của trường nhận đủ năng lượng và bắt đầu di chuyển, chúng ta xác định nó là một hạt. Nhưng đối tượng cơ bản thực sự là chính trường đó.
Trong cơ học lượng tử, bất kỳ hệ thống nào cũng có một tập hợp năng lượng xác định, giống như năng lượng mà một electron có thể có trong các lớp vỏ quỹ đạo của nó xung quanh hạt nhân nguyên tử. Tương tự như vậy, các trường lượng tử có năng lượng liên kết với chúng tại mọi điểm trong không gian. Bất kỳ thể tích hữu hạn nào, giống như một hộp rỗng, đều chứa vô số điểm hình học, vì vậy điều này có nghĩa là có một lượng năng lượng vô hạn trong thể tích đó.
Điều này xảy ra ngay cả khi các trường ở trạng thái năng lượng thấp nhất có thể, còn được gọi là trạng thái điểm không hoặc trạng thái cơ bản. Đây là trạng thái không có năng lượng bổ sung nào được thêm vào, không có rung động bổ sung, không có bất kỳ sự kích thích bổ sung nào — chỉ là trạng thái cơ bản thấp nhất có thể, bên dưới trạng thái đó không có gì. Nhưng do những bất định cơ bản của cơ học lượng tử, ngay cả trạng thái cơ bản này cũng có năng lượng liên kết với nó, vì vậy bạn vẫn gặp phải một lượng năng lượng vô hạn.
Tuy nhiên, chúng ta không thể trích xuất năng lượng từ chân không và sử dụng nó để thực hiện công việc. Đó là vì bất kể giá trị của nó là bao nhiêu, thì đó là trạng thái năng lượng thấp nhất có thể có của vũ trụ. Để thực hiện công việc, bạn phải chuyển năng lượng từ trạng thái này sang trạng thái khác. Nhưng nếu bạn có thể "kéo" năng lượng ra khỏi chân không bằng cách nào đó, thì sẽ không có nơi nào để đặt nó, bởi vì bất kể bạn làm gì, bạn vẫn bị bao quanh bởi chân không. Giống như việc kéo nước ra khỏi đáy giếng khô: Không còn gì để cho nữa.
Một cách khác để xem xét vấn đề này hoàn toàn phù hợp với chân dung thực địa là thông qua nguyên lý bất định Heisenberg, nguyên lý này nêu rằng bạn không bao giờ có thể biết cả năng lượng của một hạt và thời gian tồn tại của hạt đó với độ chính xác hoàn hảo. Điều này có nghĩa là ở trạng thái cơ bản hoặc trạng thái điểm không của vũ trụ, các hạt có thể tạm thời xuất hiện, "mượn" năng lượng từ chân không, miễn là chúng biến mất trong thời gian đủ ngắn để trả lại năng lượng đó.
Nếu bạn nhổ một trong những hạt này ra và biến nó thành vĩnh viễn, điều đó sẽ vi phạm nguyên lý bất định Heisenberg vì bạn đã mượn năng lượng từ trạng thái cơ bản mà không trả lại theo thời gian.
Những hạt này được gọi là hạt ảo. Chúng là biểu hiện của tất cả các năng lượng cơ bản của các trường lượng tử thấm nhuần không-thời gian.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN
—Đây là cách vũ trụ có thể kết thúc trong một 'sự phân rã chân không giả'
—Chân không của không gian có thực sự trống rỗng không?
—10 điều khó hiểu mà bạn nên biết về vật lý lượng tử
Điểm mấu chốt là bất kể năng lượng điểm không là gì, thì đó là bối cảnh của vũ trụ mà trên đó mọi hoạt động vật lý diễn ra. Cũng giống như bạn không thể xuống thấp hơn tầng trệt của một tòa nhà không có tầng hầm, bạn không thể xuống thấp hơn trạng thái cơ bản của vũ trụ — vì vậy, không có gì để bạn khai thác và không có cách nào để tận dụng điều đó vào các ứng dụng năng lượng hữu ích.
Vì vậy, thật không may, bất kỳ công việc nào bạn làm trong vũ trụ đều phải được thực hiện theo cách cũ.
Ý tưởng về năng lượng chân không xuất phát từ lý thuyết trường lượng tử, là sự kết hợp giữa cơ học lượng tử với thuyết tương đối hẹp của Einstein. Trong lý thuyết trường lượng tử, các hạt không thực sự là những gì chúng ta nghĩ. Thay vào đó, chúng được biểu diễn tốt hơn dưới dạng các trường, là các thực thể lượng tử trải dài khắp không gian và thời gian. Khi một mảng cục bộ của trường nhận đủ năng lượng và bắt đầu di chuyển, chúng ta xác định nó là một hạt. Nhưng đối tượng cơ bản thực sự là chính trường đó.
Trong cơ học lượng tử, bất kỳ hệ thống nào cũng có một tập hợp năng lượng xác định, giống như năng lượng mà một electron có thể có trong các lớp vỏ quỹ đạo của nó xung quanh hạt nhân nguyên tử. Tương tự như vậy, các trường lượng tử có năng lượng liên kết với chúng tại mọi điểm trong không gian. Bất kỳ thể tích hữu hạn nào, giống như một hộp rỗng, đều chứa vô số điểm hình học, vì vậy điều này có nghĩa là có một lượng năng lượng vô hạn trong thể tích đó.
Điều này xảy ra ngay cả khi các trường ở trạng thái năng lượng thấp nhất có thể, còn được gọi là trạng thái điểm không hoặc trạng thái cơ bản. Đây là trạng thái không có năng lượng bổ sung nào được thêm vào, không có rung động bổ sung, không có bất kỳ sự kích thích bổ sung nào — chỉ là trạng thái cơ bản thấp nhất có thể, bên dưới trạng thái đó không có gì. Nhưng do những bất định cơ bản của cơ học lượng tử, ngay cả trạng thái cơ bản này cũng có năng lượng liên kết với nó, vì vậy bạn vẫn gặp phải một lượng năng lượng vô hạn.
Tuy nhiên, chúng ta không thể trích xuất năng lượng từ chân không và sử dụng nó để thực hiện công việc. Đó là vì bất kể giá trị của nó là bao nhiêu, thì đó là trạng thái năng lượng thấp nhất có thể có của vũ trụ. Để thực hiện công việc, bạn phải chuyển năng lượng từ trạng thái này sang trạng thái khác. Nhưng nếu bạn có thể "kéo" năng lượng ra khỏi chân không bằng cách nào đó, thì sẽ không có nơi nào để đặt nó, bởi vì bất kể bạn làm gì, bạn vẫn bị bao quanh bởi chân không. Giống như việc kéo nước ra khỏi đáy giếng khô: Không còn gì để cho nữa.
Một cách khác để xem xét vấn đề này hoàn toàn phù hợp với chân dung thực địa là thông qua nguyên lý bất định Heisenberg, nguyên lý này nêu rằng bạn không bao giờ có thể biết cả năng lượng của một hạt và thời gian tồn tại của hạt đó với độ chính xác hoàn hảo. Điều này có nghĩa là ở trạng thái cơ bản hoặc trạng thái điểm không của vũ trụ, các hạt có thể tạm thời xuất hiện, "mượn" năng lượng từ chân không, miễn là chúng biến mất trong thời gian đủ ngắn để trả lại năng lượng đó.
Nếu bạn nhổ một trong những hạt này ra và biến nó thành vĩnh viễn, điều đó sẽ vi phạm nguyên lý bất định Heisenberg vì bạn đã mượn năng lượng từ trạng thái cơ bản mà không trả lại theo thời gian.
Những hạt này được gọi là hạt ảo. Chúng là biểu hiện của tất cả các năng lượng cơ bản của các trường lượng tử thấm nhuần không-thời gian.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN
—Đây là cách vũ trụ có thể kết thúc trong một 'sự phân rã chân không giả'
—Chân không của không gian có thực sự trống rỗng không?
—10 điều khó hiểu mà bạn nên biết về vật lý lượng tử
Điểm mấu chốt là bất kể năng lượng điểm không là gì, thì đó là bối cảnh của vũ trụ mà trên đó mọi hoạt động vật lý diễn ra. Cũng giống như bạn không thể xuống thấp hơn tầng trệt của một tòa nhà không có tầng hầm, bạn không thể xuống thấp hơn trạng thái cơ bản của vũ trụ — vì vậy, không có gì để bạn khai thác và không có cách nào để tận dụng điều đó vào các ứng dụng năng lượng hữu ích.
Vì vậy, thật không may, bất kỳ công việc nào bạn làm trong vũ trụ đều phải được thực hiện theo cách cũ.
