ნულოვანი წერტილის ენერგია

ნულოვანი წერტილის ენერგია — სხვაობა სხეულის ყველაზე დაბალ ენერიიასა, რომელიც სხეულს კვანტური მექანიკის სისტემაში შესაძლოა ჰქონდეს, და კლასიკურ მინიმალურ ენერგიას შორის. კლასიკური მექანიკისგან განსხვავებით კვანტური მექანიკა მერყეობს საკუთარ ყველაზე დაბალ ენერგიულ ნაწილში ჰაიზენბერგის გაურკვევლობის პრინციპის დამსახურებით. როგორც ატომებს და მოლეკულებს ასევე ცარიელ ვაკუუმებსაც გააჩნიათ პროპორციები. კვანტური ველის თეორიაზე დაყრდნობით სამყარო შეიძლება წარმოვიდგინოთ არა როგორც იზოლირებული ნაწილაკების, არამედ უსასრულო ველების ერთობლიობა: მატერიის ველები და ძალის ველები, ყველა ამ ველებს გააჩნიათ ნულოვანი წერტილის ენერგია.

ამჟამინდელ ფიზიკას აკლია სრული თეორიული მოდელები რომლებიც დაგვეხმაება ნულოვანი წერტილის ენერგიის გაგებაში. პრაქტიკაში განსხვავება თეორიულ და დაკვირვებულ ენერგიებს შორის არის მთავარი გამოწვევის წყარო. ფიზიკოსები რიჩარდ ფეინმანმა და ჯონ ვილერმა გამოთვალეს ნულოვანი წერტილის რადიაცია ვაკუუმში, რომლის მაგნიტუდა უფრო დიდი აღმოჩნდა ვიდრე ბირთვული ენერგიის. ამ რადიაციის ერთ ნათურას შესწევს ძალა ააორთქლოს დედამიწაზე არსებული ყველა ზღვა და ოკეანე. აინშტეინის ფარდობითობის თეორიაზე დაყრდნობით ნებისმიერი ასეთი ენერგია გრავიტირებს.

განხილვა
კლასიკურ მექსიკაში ნაწილაკების ენერგია შეადგენს პოტენციური და კინეტიკური ენერგიის ჯამს. მაგალითად, ტემპერატურა იზრდება ნაწილაკების მოძრაობისას რომელიც გამოწვეულია კინეტიკური ენერგიის მიერ. როდესაც ტემპერატურა მცირდება აბსოლუტურ ნულამდე. მაგალითად თხევადი ჰელიუმი არ იყინება ატმოსფეროში ნულოვანი წერტილის გრავიტაციის გამო.

აინშტაინის მიერ გამოთქმული მასისა და ენერგიის ეკვივალენტობის გათვალისწინებით, , ნებისმიერი წერტილი სივრცეში, რომელიც შეიცავს ენერგიას, შეიძლება ითქვას, რომ ამ სხეულის მასა ქმნის ნაწილაკებს. ვირტუალური ნაწილაკები კოსმოსურ სივრცეში არსებობას აფეთქებით იწყებენ არსებობას სამყაროს ნებისმიერ წერტილში, რაც კვანტური რყევების ენერგიის დამსახურებაა. თანამედროვე ფიზიკაში წარმოიქმნა კვანტური ველის თეორია რათა ფუნდამენტურად შეესწავლათ ენერგიისა და მატერიის ურთიერთქმედება კოსმოსურ სივრცეში.

ისტორია
ადრეული თეორიები
ნულოვანი-წერტილის ენერგია წარმოიშვა ვაკუუმის ისტორიული იდეებიდან. არისტოტელესთვის ვაკუუმი იყო , „ცარიელი ადგილი“. მას სჯეროდა რომ ეს კონცეფცია არღვევდა ფიზიკის ძირითად კანონებს და ამტკიცებდა რომ ძირითადი ელემენტეები: ცეცხლი, წყალი და მიწა არ შედგებოდნენ ატომებისგან, მაგრამ უწყვეტნი იყვნენ. ატომისტებისთვის სიცარიელის ცნება აბსოლუტურ ხასიათს ატარებდა: ეს იყო განსხვავება არსებობისა და არარსებობისგან. ვაკუუმის მახასიათებლებზე დებატები დიდად იყო შემოფარგლული ფილოსოფიის დარგის მიერ, ეს გარგძელდა რენესანსის ეპოქამდე მანამ სანამ ოტო ვონ გუერიკემ არ გამოიგონა პირველი ვაკუუმის მტვერსასრუტი და დაიწყო პირველი სამეცნიერო კვლევითი იდეები.

შემდგომში, საუკუნეში აღმოაჩინეს რომ ვაკუუმირებული ადგილები კვლავ შეიცავდა თერმულ რადიაციას. ჭეშმარიტი ბათილობით სიცარიელის შემცვლა აეტერის არსებობით იყო იმ დროის ყველაზე გავრცელებული თეორია. ელექტროდინამიკის წარმატებაზე დაყრდნობით, აეტერის თეორია ეფუძნებოდა მაქსველის ელექტროდინამიკას.

თუმცა, 1887 წელს მიშელსონ-მოელეის ექსპერიმენტის შედეგი იყო პირველი ძლიერი მტკიცებულება, რომ მაშინდელი გავრცელებული აეტერის თეორიები სერიოზულად იყო გაჟღენთილი და დაიწყო კვლევის ხაზი, რომელმაც საბოლოოდ გამოიწვია სპეციალური ფარდობითობა, რომელიც განპირობებული იყო სტაციონალური აეტერის ერთობლიობით. იმ პერიოდის მეცნიერთათვის, ეს ნიშნავდა რომ ნამვილ ვაკუუმი კოსმოსში ქრებოდა გაცივებით და ენერგიის დაკარგვით.

მეორე კვანტური თეორია
1900 წელს მაქს პლანკმა მიიღო საშუალო ენერგია ენერგიის რადიატორიდან.

\ = \{\}{ ^{\/}-1} \,,

სადაც არის პლანკის მუდმივა, არის სიხშირე, არის ბოლცმანის მუდმივა და არის აბსოლუტური ტემპერატურა. ნულოვანი-წერტილის ენერგია არ შედის პლანკის ორიგინალ კანონებში, რადგანაც მისი არსებობა პლანკისთვის 1900 წელს უცნობი იყო.

საფუძველი ნულოვანი-წერტილის ენერგიას საფუძველი დაუდო მაქს პლანკმა 1911 წელს გერმანიაში, როგორც მისი 1900 წლის თეორიის კორექტირება.