Mikä on nollapisteenergia?

Nollapisteenergia on pieni määrä energiaa, joka on olemassa koko avaruudessa. Se tunnetaan myös nimellä tyhjiöenergia. Toisin sanoen nollapisteenergia on pienin mahdollinen energia, joka kvanttimekaanisella fysikaalisella järjestelmällä voi olla, toisin sanoen perustilan energia. Termiä ja käsitettä ovat valinneet vapaan energian pseudotieteelliset kannattajat viime vuosikymmeninä, mutta alun perin Albert Einstein ja Otto Stern ehdottivat sitä vuonna 1913. Kvanttimekaanista järjestelmää, joka vastaa nollapisteenergiaa, kutsutaan nolla- pistekenttä.

Nollapisteenergian olemassaolo on vahvistettu kokeellisesti, niin kutsutulla Casimir-kokeella. Casimirin kokeilu koostuu kahden varaamattoman metallilevyn sijoittamisesta hyvin lähelle toisiaan tyhjiössä. Arkaluonteiset laitteet paljastavat, että näiden kahden välillä on pieni vetovoima – tai joskus vastenmielisyys, riippuen järjestelystä – jopa ilman muuta voimaa.

Tämä voidaan selittää siten, että virtuaaliset hiukkaset vilkkuvat jatkuvasti ja poistuvat olemassa olevista neljännestä kertaa sekunnissa levyjen ympärillä. Levyjen välinen erotusaste rajoittaa hiukkastyyppejä, jotka voivat vilkkua, ja jos levyt ovat hyvin lähellä, tämä luo nettopaineen sisäänpäin. Kun levyt asetetaan 10 nanometriä (noin 100 kertaa atomin halkaisija) toisistaan, paine vastaa noin 1 ilmakehää.

Casimir-ilmiön osoittama nollapisteenergia on hyvin pieni, joten on erittäin epäilyttävää, että sitä voitaisiin hyödyntää “vapaan energian” laitteiden luomiseen, kuten ihmiset ovat väittäneet olevan mahdollista vuosikymmenien ajan. Casimir -ilmiö on kuitenkin erittäin mielenkiintoinen fyysinen ilmiö ja aktiivisen tutkimuksen alue. Koska Casimir -ilmiöstä tulee hallitseva voima, joka toimii hyvin lyhyillä mittakaavoilla ilman sähkömagneettisia varauksia, sen ymmärtäminen on erittäin tärkeää pienten koneiden, mukaan lukien mikrokoneiden ja nanokoneiden, suunnittelussa.

Yksi varhainen laskelma nollapisteenergian suuruudesta laski, että yhden kuutiometrin tyhjiön kokonaisenergia riittäisi kaikkien maailman valtamerien keittämiseen. Tämä luku on saattanut inspiroida ei-fyysikkoja kuvittelemaan haikeasti, että se voitaisiin helposti hyödyntää tuottamaan ilmaista energiaa. Kävi selväksi, että tämä laskelma näyttää kuitenkin olevan ristiriidassa termodynamiikan ensimmäisen lain ja ymmärryksemme kanssa maailmankaikkeuden kosmologiasta. Siinä ei oteta huomioon, että energian alkuperäinen arvo alkuräjähdyksessä vähenee asteittain maailmankaikkeuden laajentuessa. Tämä sekaannus on johtanut fyysikoiden suureen pyrkimykseen luoda havaintojen mukainen malli nollapisteenergian tiheydestä.