• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Energia punktu zerowego

    Przeczytaj także...
    Teorie pól kwantowych (ang. QFT – Quantum Field Theory) – współczesne teorie fizyczne tłumaczące oddziaływania podstawowe. Są one rozwinięciem mechaniki kwantowej zapewniającym jej zgodność ze szczególną teorią względności.Atom – podstawowy składnik materii. Składa się z małego dodatnio naładowanego jądra o dużej gęstości i otaczającej go chmury elektronowej o ujemnym ładunku elektrycznym.
    Nukleony – wspólna nazwa protonów i neutronów, czyli podstawowych cząstek tworzących jądro atomu. Nukleony składają się z kwarków. Choć przez obecne teorie cząstek protony i neutrony nie są uznawane za cząstki elementarne, ale z historycznych względów zalicza się je do cząstek elementarnych.

    Energia punktu zerowego (inaczej energia próżni) to w mechanice kwantowej najniższa możliwa energia jaką może przyjąć dowolny układ kwantowy. Z definicji wszystkie układy kwantowe posiadają energię punktu zerowego.

    Termin ten pojawił się, gdy obliczenia wykazały, że modelowy, punktowy kwantowy oscylator harmoniczny musi posiadać pewną minimalną energię, nawet jeśli nie opisuje żadnego zjawiska związanego z transportem masy lub energii. W terminach kwantowej teorii pola oznacza to, że pewna minimalna energia musi być przypisana do każdego punktu próżni. Tę energię nazywa się często w uproszczeniu energią próżni. W kosmologii przyjmuje się, że wartość energii próżni decyduje o wartości stałej kosmologicznej.

    Emisja spontaniczna zachodzi wtedy, gdy elektrony znajdujące się na poziomach wzbudzonych w sposób spontaniczny wracają na niższe poziomy energetyczne, emitując przy tym fotony.Mechanika kwantowa (teoria kwantów) – teoria praw ruchu obiektów świata mikroskopowego. Poszerza zakres mechaniki na odległości czasoprzestrzenne i energie, dla których przewidywania mechaniki klasycznej nie sprawdzały się. Opisuje przede wszystkim obiekty o bardzo małych masach i rozmiarach - np. atom, cząstki elementarne itp. Jej granicą dla średnich rozmiarów lub średnich energii czy pędów jest mechanika klasyczna.

    W 1900 roku Max Planck wyprowadził wzór na energię pojedynczego emitera energii:

    gdzie: h – stała Plancka, ν – częstotliwość, k – stała Boltzmanna, T – temperatura absolutna.

    Kwantowy oscylator harmoniczny – układ fizyczny rozmiarów atomowych lub subatomowych (np. jon w sieci krystalicznej lub w cząsteczka gazu) wykonujący ruch drgający (oscylacyjny) pod wpływem siły proporcjonalnej do wychylenia od położenia równowagi. Właściwy opis ruchu wymaga zastosowania mechaniki kwantowej, co sprowadza się do znalezienia rozwiązań równania Schrödingera. Dowodem eksperymentalnym konieczności zastosowania mechaniki kwantowej do opisu właściwości mikroskopowych układów drgających jest np. nieciągłe widmo promieniowania emitowane przez drgające cząsteczki. Makroskopowym odpowiednikiem oscylatora kwantowego jest klasyczny oscylator harmoniczny, którym jest ciało makroskopowe o stosunkowo dużej masie, zawieszone np. na sprężynie i wykonujące drgania; do opisu jego ruchu wystarczająca jest mechanika klasyczna. Pojęcie oscylatora ma duże zastosowanie i znaczenie w wielu działach fizyki klasycznej i kwantowej.Otto Stern (ur. 17 lutego 1888 w Żorach (wówczas Sohrau), zm. 17 sierpnia 1969 w Berkeley) – niemiecki fizyk, laureat Nagrody Nobla.

    W 1913 roku, wychodząc z powyższego wzoru, Albert Einstein i Otto Stern zasugerowali po raz pierwszy możliwość istnienia energii, którą mają wszystkie oscylatory kwantowe w temperaturze zera bezwzględnego. Początkowo nadano jej nazwę residual energy, a następnie Nullpunktenergie (z niemieckiego). Ostatecznie przyjęto termin zero-point energy (energia punktu zerowego). Naukowcy przeprowadzili analizę ciekłego wodoru, który pomimo bardzo niskiej temperatury nie zamarza do postaci ciała stałego. Na podstawie znajomości ciepła właściwego wodoru w temperaturach bliskich 0 K doszli do wniosku, że energię atomu wodoru najlepiej wyraża wzór:

    Fluktuacje kwantowe – chwilowe zmiany ilości energii w pewnym punkcie przestrzeni. Możliwość istnienia kwantowych fluktuacji jest konsekwencją zasady nieoznaczoności.Wodór (H, łac. hydrogenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 1, niemetal z bloku s układu okresowego. Jego izotop, prot, jest najprostszym możliwym atomem, zbudowanym z jednego protonu i jednego elektronu.

    Z równania tego, po ekstrapolacji do temperatury 0 K, wynika że w temperaturze zera bezwzględnego energia wynosi ½hν.

    Częstotliwość (częstość) – wielkość fizyczna określająca liczbę cykli zjawiska okresowego występujących w jednostce czasu. W układzie SI jednostką częstotliwości jest herc (Hz). Częstotliwość 1 herca odpowiada występowaniu jednego zdarzenia (cyklu) w ciągu 1 sekundy. Najczęściej rozważa się częstotliwość w ruchu obrotowym, częstotliwość drgań, napięcia, fali.Przesunięcie Lamba – niewielka rozbieżność między obserwowanymi doświadczalnie poziomami energetycznymi atomów wodoru a przewidywaniami równania Diraca, odkryta w 1947-1952 przez Willisa Lamba i jego studenta Roberta C. Retherforda.

    Istnienie energii próżni zostało potwierdzone eksperymentalnie przez zaobserwowanie efektu Casimira. Innymi doświadczalnymi dowodami są: emisja spontaniczna światła (fotonów) przez atomy i nukleony, przesunięcie Lamba.

    Ze względu na to, że z obliczeń wywodzących się z różnych kwantowych teorii pola uzyskuje się rozbieżne wartości energii próżni i nie ma aktualnie możliwości bezpośredniego jej zmierzenia, jej rzeczywista wartość jest aktualnie nieznana.

    Zagadnienie, dlaczego stała kosmologiczna ma znacznie mniejszą wartość niż to wynika z obliczeń energii próżni, stanowi nierozwiązany problem współczesnej fizyki, nad którym pracuje wielu fizyków kwantowych.

    Wielki Wybuch (ang. Big Bang) – model ewolucji Wszechświata uznawany za najbardziej prawdopodobny. Według tego modelu ok. 13,772 (±0,059) mld lat temu dokonał się Wielki Wybuch – z bardzo gęstej i gorącej osobliwości początkowej wyłonił się Wszechświat (przestrzeń, czas, materia, energia i oddziaływania).Efekt Casimira – zjawisko fizyczne przyciągania pomiędzy dwiema pozbawionymi ładunku elektrycznego płytami wykonanymi z przewodnika spowodowane różnicą ciśnienia oddziałujących na nie cząstek wirtualnych. Pierwszy raz wystąpienie tego efektu w roku 1948 przewidział holenderski fizyk Hendrik B. G. Casimir pracujący w laboratoriach Philipsa.

    Istnienie energii próżni stanowi kanwę dla rozmaitych urządzeń opisywanych w twórczości science fiction i spotykanych w grach komputerowych. Na wykorzystaniu energii próżni opiera się też kilkanaście koncepcji z ruchu wynalazczego zwanego wolną energią.

    Rozpad próżni[]

    Teoria strun sugeruje, że "energia próżni" naszego Wszechświata może nie być "prawdziwą" energią próżni absolutnego Wszechświata. W takim wypadku mówi się o próżni fałszywej. Mogą również istnieć inne wszechświaty o innej wartości energii próżni i, co za tym idzie, innych prawach fizyki. Energia próżni może spaść ze swojego lokalnego minimum do innego minimum i mówi się wtedy o rozpadzie próżni. Taki rozpad może zajść samoistnie dzięki fluktuacjom kwantowym lub może zostać wymuszony przez bardzo wysoką energię. Według teorii strun, Wielki Wybuch był właśnie rozpadem próżni w innym wcześniejszym Wszechświecie.

    Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca stan układu fizycznego (materii) jako jego zdolność do wykonania pracy.Temperatura – jedna z podstawowych wielkości fizycznych (parametrów stanu) w termodynamice. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

    Rozpad próżni występuje też w teorii inflacji. Według niej, nasz Wszechświat miał się narodzić z polem Higgsa w stanie próżni fałszywej. Pole to następnie rozpadło się, co skutkowało wykładniczą ekspansją Wszechświata oraz uzyskaniem masy przez niektóre cząstki elementarne.

    Próżnia – w rozumieniu tradycyjnym pojęcie równoważne pustej przestrzeni. We współczesnej fizyce, technice oraz rozumieniu potocznym pojęcie próżni ma zupełnie odmienne konotacje.Teoria strun (TS) – teoria przewidująca, że podstawowym budulcem materii nie są cząstki w postaci punktu, lecz struny wielkości 10 metra.

    Przypisy

    Bibliografia[]

  • Philip Yam, Exploiting zero-point energy, Scientific American Magazine, December 1997, pp. 82-85.
  • Laidler, Keith, J. (2001). The World of Physical Chemistry. Oxford University Press. ISBN 0198559194.
  • Ekstrapolacja – prognozowanie wartości pewnej zmiennej lub funkcji poza zakresem, dla którego mamy dane, przez dopasowanie do istniejących danych pewnej funkcji, następnie wyliczenie jej wartości w szukanym punkcie.Stała Plancka (oznaczana przez h) jest jedną z podstawowych stałych fizycznych. Ma wymiar działania, pojawia się w większości równań mechaniki kwantowej.



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Inflacja kosmologiczna – hipoteza kosmologiczna zaproponowana przez Alana Gutha (1981). Według niej wczesny Wszechświat przeszedł przez fazę szybkiego rozszerzenia się spowodowanego ujemną energią gęstości próżni (dodatnie ciśnienie próżni). Ekspansja ta może być modelowana przez niezerową stałą kosmologiczną. Bezpośrednią konsekwencją jest wniosek, że cały obserwowalny wszechświat początkowo był skoncentrowany w bardzo małym obszarze połączonym więzami przyczynowo-skutkowymi. Kwantowe fluktuacje w tym mikroskopijnym obszarze urosły do rozmiarów kosmicznych i stały się zaczątkami struktur kosmicznych.
    Kosmologia (z gr. kósmos: porządek, wszechświat oraz lógos: słowo, nauka) jest to nauka, opierająca się mocno na filozofii, wiedzy i wierzeniach różnych ludów. Nie należy jej mylić z kosmogonią, dotyczącą powstania świata, mimo, iż mają one wiele punktów wspólnych (to, jak został stworzony świat, rzutuje na poglądy na jego temat i odwrotnie, mity o stworzeniu świata są uwarunkowane sposobem jego widzenia).
    Wolna energia (ang. free energy, zwana też nieprecyzyjnie darmową energią) - ogólne określenie pseudonaukowych teorii rzekomego pozyskiwania energii, które według ich autorów posługują się:
    Fantastyka naukowa (ang. science fiction) – gatunek literacki lub filmowy, a także gier komputerowych o fabule osnutej na przewidywanych osiągnięciach nauki i techniki oraz ukazującej ich wpływ na życie jednostki lub społeczeństwa. Razem z fantasy i horrorem, fantastyka naukowa zaliczana jest do fantastyki.
    Fałszywa próżnia – w kwantowej teorii pola jest to metastabilny obszar przestrzeni, wykazujący własności stanu próżni, ale niestabilny z uwagi na możliwość tunelowania do stanu o niższej energii. Inną interpretacją jest definicja fałszywej próżni jako stanu kwantowego, którego energia znajduje się w minimum lokalnym, jednak istnieje inny stan o jeszcze niższej energii.
    Stała Boltzmanna – stała fizyczna pojawiająca się w równaniach określających rozkłady energii cząsteczek. Oznaczana jest symbolem k lub kB i związana jest równaniem
    Gra komputerowa (gra wideo, ang. video game) – rodzaj oprogramowania komputerowego przeznaczonego do celów rozrywkowych bądź edukacyjnych (rozrywka interaktywna) i wymagającego od użytkownika (gracza) rozwiązywania zadań logicznych lub zręcznościowych. Gry komputerowe mogą być uruchamiane na komputerach osobistych, specjalnych automatach, konsolach do gry, telewizorach, telefonach komórkowych oraz innych mobilnych urządzeniach, nazywanych łącznie platformami sprzętowymi. Zadania stawiane przed graczem w grach komputerowych różnią się w zależności od gatunku i mogą polegać na przykład na rozwiązaniu zadania logicznego, eliminacji wirtualnych przeciwników czy też rywalizacji ze sztuczną inteligencją bądź innymi graczami (gra wieloosobowa); interaktywna rozrywka w celach zawodowych nosi nazwę sportu elektronicznego.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.029 sek.