Prof. Jonas Grigas. Ar galima pasiskolinti energijos iš kosmoso?

Energija yra pažangos varomoji jėga. Jos reikia vis daugiau.

Ar galima pasiskolinti energijos iš kosmoso?

Jei taip, ar turime ją grąžinti? Ar leidžiamos mažesnės nei nulis energijos vertės?

Energija visada turi būti teigiama – sako mūsų intuicija.

Jei visos dalelės pašalinamos iš tam tikro tūrio, kas galėtų nešti energiją?

Ar įmanoma išgauti energiją iš tuščio kosmoso?

Pafantazuokime.

Kvantinė fizika ne kartą įrodė, kad ji prieštarauja mūsų intuicijai. Pagal Paulio Dirako 1930 metais sukurtą teoriją, kosmoso vakuumas yra pilnas neigiamos energijos.

Kvantinėje fizikoje neapibrėžtumo dėsnis leidžia kosmoso vakuume egzistuoti virtualioms dalelių ir antidalelių poroms, kurios atsiranda spontaniškai ir egzistuoja trumpą laiką, kol susinaikina. Kai kurios iš šių virtualių dalelių gali turėti neigiamą energiją.

Tarptautinė tyrimų grupė Vienoje, Université libre de Bruxelles (Belgija) ir Indijos Technologijos institute Kanpure ištyrė, kad neigiama energija kosmose įmanoma. Tačiau energijos skolinimuisi yra tam tikros ribos. Kaip ir iš banko pasiskolinti pinigai, ši energija turi būti grąžinta.

Bendrojoje reliatyvumo teorijoje daroma prielaida, kad energija yra didesnė už nulį bet kuriuo metu visur Visatoje, nes energija yra susieta su mase pagal formulę E=mc². Todėl neigiama energija reikštų ir neigiamą masę. Teigiamos masės traukia viena kitą, tačiau esant neigiamai, gravitacija taptų atstumiančia jėga.

Tačiau pagal kvantinę fiziką, tam tikroje vietoje galima pasiskolinti energijos iš vakuumo, kaip pinigų iš banko. Ilgą laiką nežinojome apie maksimalų tokio energetinio kredito dydį ir apie galimas palūkanas, kurias reikės mokėti.

Kvantinės nulinės energijos sąlyga, susiejanti reliatyvumo teoriją ir kvantinę fiziką, numato energijos skolinimosi ribas. Mažesnė už nulį energija yra leistina, bet tik tam tikro dydžio ir tik tam tikrą laiką. Kiek energijos galima pasiskolinti iš vakuumo prieš išnaudojant energetinio kredito limitą, priklauso nuo kvantinio dydžio, vadinamojo susietumo entropija, kuri parodo, kaip sistemos elgesį valdo kvantinė fizika.

Kai kvantinis susietumas yra lemiamas arti juodosios bedugnės krašto, toje srityje gali atsirasti neigiama energija. Neigiama energija atsiranda kirmgraužų teorijoje, kur jos reikia, kad kirmgrauža būtų atvira.

Ryšys tarp neigiamos energijos ir kvantinio susietumo parodo sąlygas, draudžiančias iš vakuumo išgauti begalinį energijos kiekį, – rašoma straipsnyje Physical Review Letters, 2019; 123 (12).