✅ انرژی نقطه صفر
Zero-point energy


انرژی نقطه صفر (ZPE) کمترین انرژی ممکنی است که یک سیستم مکانیک کوانتومی ممکن است داشته باشد. برخلاف مکانیک کلاسیک، سیستم‌های کوانتومی دائماً در پایین‌ترین حالت انرژی خود در نوسان هستند که توسط اصل عدم قطعیت هایزنبرگ توصیف شده است. بنابراین، حتی در دمای صفر مطلق، اتم‌ها و مولکول‌ها مقداری حرکت ارتعاشی را حفظ می‌کنند. به غیر از اتم‌ها و مولکول‌ها، فضای خالی خلاء نیز این ویژگی‌ها را دارد. بر اساس نظریه میدان کوانتومی، جهان را می‌توان نه به عنوان ذرات ایزوله شده، بلکه میدان‌های در نوسان پیوسته در نظر گرفت:

میدان‌های ماده matter fields، که کوانتوم‌های آن فرمیون‌ها هستند (یعنی لپتون‌ها و کوارک‌ها)

میدان‌های نیرو force fields ، که کوانتوم‌های آن بوزون‌ها هستند (مثلاً، فوتون‌ها ). همه این میدان ها دارای انرژی نقطه صفر هستند.

این میدان های نوسان کننده در نقطه صفر منجر به نوعی بازتعریف از یک اثیر aether در فیزیک می شود ، زیرا برخی از سیستم ها می توانند وجود این انرژی را تشخیص دهند. با این حال، این اثیر اگر تحت تبدیلات لورنتز تغییر ناپذیر باشد ، را نمی‌توان به عنوان یک رسانه فیزیکی در نظر گرفت، بگونه ای که با نظریه نسبیت خاص اینشتین هیچ تناقضی وجود نداشته باشد.

مفهوم انرژی نقطه صفر نیز برای کیهان‌شناسی مهم است و فیزیک در حال حاضر فاقد یک مدل نظری کامل برای درک انرژی نقطه صفر در این زمینه است. به طور خاص، اختلاف بین انرژی خلاء تئوریکال و مشاهده‌شده در جهان دارای اختلاف عمده است. فیزیکدانان ریچارد فاینمن و جان ویلر تابش نقطه صفر خلاء را با مرتبه‌ای بزرگ‌تر از انرژی هسته‌ای nuclear محاسبه کردند، مانند یک لامپ که دارای انرژی کافی برای جوشاندن تمام اقیانوس‌های جهان است.

با این حال، طبق نظریه نسبیت عام انیشتین، چنین انرژی با اثرات گرانشی ، و شواهد تجربی از انبساط کیهان، انرژی تاریک و اثر کازمیر نشان می‌دهد که چنین انرژی بسیار ضعیفی است. پیشنهاد رایج که سعی در پرداختن به این موضوع دارد این است که بگوییم میدان فرمیون دارای انرژی نقطه صفر منفی است، در حالی که میدان بوزون دارای انرژی نقطه صفر مثبت است و بنابراین این انرژی‌ها به نوعی یکدیگر را خنثی می‌کنند. اگر ابرتقارن supersymmetry ، بیانگر تقارنی دقیق در طبیعت باشد، این ایده درست خواهد بود. با این حال، LHC در سرن تا کنون هیچ مدرکی برای تأیید آن پیدا نکرده است.

اما اگر ابرتقارن معتبر باشد، در بیشتر موارد این تقارن شکسته شده است، این تقارن ها در انرژی های بسیار بالا صادق هستند ، و هیچ کس نتوانسته که با یک تئوری نشان دهد که در آن لغو cancelation نقطه صفر در جهان کم انرژی که ما امروز مشاهده می کنیم ، رخ می دهد . این اختلاف به عنوان مشکل ثابت کیهانی شناخته می‌شود و یکی از بزرگترین رازهای حل نشده در فیزیک است. بسیاری از فیزیکدانان بر این باورند که "خلأ کلید درک کامل طبیعت را در اختیار دارد".


@cosmos_physics