Nollpunktsenergi

Banbrytande forskning inom kvantfältteori för cirka 50 år sedan föreslog att universum kan vara fångat i ett falskt vakuum, vilket innebär att det verkar stabilt men i själva verket kan vara på väg att övergå till ett ännu mer stabilt - ett verkligt vakuum tillstånd. Övergången från det falska till det verkliga vakuumet kan ske via kvanttunneling, en process som tillåts av kvantmekaniken där ett system kan "tunnla" genom en energibarriär istället för att gå över den.

Det finns beräkningar av vad energiinnehållet i alla fält i vakuumet summeras till. Förbryllande är att storleken på det värdet är enormt jämfört med det observerade värdet. Vakuumets faktiska energitäthet observeras genom dess gravitationseffekt på universums storskaliga expansion, vilket beskrivs av den kosmologiska konstanten Lambda i Einsteins allmänna relativitetsekvationer. Astronomiska observationer av avlägsna supernovor och den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB) indikerar att universums expansion accelererar, vilket antyder att det finns en liten positiv vakuumenergitäthet.

Vilka är vakuumets energikomponenter? Nollpunktsenergi är ett. Vilka är de andra? Utöver nollpunktsenergin innehåller vakuumet flera energikomponenter som är förankrade i kvantfältsteori och kosmologi. Vakuumet är inte ett sant tomrum utan ett komplext, fluktuerande hav av kvantfält, vilket ger upphov till dessa energier.

Nollpunktsenergi (ZPE) är den minsta energi som ett kvantmekaniskt system kan ha. Det är fluktuationerna i alla kvantfält som stöder alla de olika partiklarna. Enligt Heisenbergs osäkerhetsprincip kan ett kvantfält aldrig vara helt i vila. Istället måste det ha ständiga, slumpmässiga fluktuationer, även vid den lägsta möjliga temperaturen (absoluta nollpunkten) och vid frånvaro av materia.