Energia negativa (física)

La energia negativa és un concepte que s'utilisa en física per a explicar la naturalea de certs camps, incloent el camp gravitatorio i un número d'efectes en el camp quàntic.

En algunes teories hipotètiques, l'energia negativa està involucrada en els forats de cuc, els quals permeten el viage en el temps i l'impuls de deformació per a curvar o distorsionar l'espai temps, permetent un viage en l'espai més ràpit que la llum.

Energia gravitatoria

AP La força d'atracció gravitatoria entre dos objectes representa la magnitut d'energia gravitatoria que atrau als objectes entre ells. Quan estan infinitament llunt, l'atracció gravitatoria que els atrau s'acosta a zero. Mentres dos objectes es moguen cap a sí mateixos, el moviment s'accelera baix l'acció de la gravetat causant un aument en l'energia positiva cinètica d'un sistema. Al mateix temps, l'atracció gravitatoria - i per tant energia - també aumenta la seua amplitut. Pero la llei de la conservació d'energia requerix que l'energia neta del sistema no canvie. Açò solament pot resoldre's si el canvi en energia gravitatoria és negatiu, anulant el canvi positiu en l'energia cinètica. Degut a que l'energia gravitatoria es fa més forta, la disminució solament pot significar que és negativa.

Un univers en el que l'energia positiva dominara, al final colapsaria en un Big Crunch (gran aplastamiento), mentres que en un univers a on l'energia negativa dominara s'expandiria indefinidament i finalment es desintegraria en un Big Rip (gran esgarre). En el model del univers d'energia zero, el total d'energia en l'univers és exactament zero: la cantitat d'energia positiva en forma de matèria és cancelada totalment per la seua energia negativa en forma de gravetat. Les observacions actuals recolzen l'escenari en el qual l'univers s'expandirà a un ritme major i, per lo tant està dominat per l'energia negativa. No obstant, la naturalea gravitatoria d'esta energia és menys soportada i comunament atribuïda al misteri de la "energia obscura".

Efectes en el camp quàntic

Les energies negatives i la densitat de l'energia negativa són consistents en la teoria quàntica de camps.

Efecte Casimir

AP En l'efecte Casimir, dos plaques planes posades a una distància molt curta restringixen la llongitut de les ones quàntiques que puguen existir entre elles. En resposta, açò restringix els tipos i per això el número i la densitat dels parells de la partícula virtual que poden formar en l'interferència en el buit i pot resultar en una densitat d'energia negativa. Açò causa una força atractiva entre les plaques, que ya ha segut mida.

Solucions negatives de Dirac

Quan Paul Dirac va formular en 1928 una equació quàntica relativista per a descriure adequadament als electrons, va trobar que junt en solucions ordinàries que descrivien electrons (d'un modo similar a l'equació de Schrödinger) apareixien solucions vàlides de dita equació que tenien energia negativa i que no semblaven tindre una contrapartida en la mecànica quàntica anterior. En el temps, estes solucions varen ser interpretades com les antipartículas dels electrons, és dir, com positrones.

L'existència d'estes solucions implicava algunes dificultats teòriques, com que l'energia d'un sistema d'electrons podia no estar acotada inferiorment, i les dificultats que això ocasiona a l'hora de definir un estat fonamental per als electrons de qualsevol àtom. Originalment, Dirac va recórrer a l'interpretació anomenada "teoria de buits" per a resoldre esta dificultat. Esta interpretació no resolia atres problemes com una energia del buit infinita. En el temps va aparéixer una interpretació diferent que considerava estes solucions com antipartículas, assunt que resolia el problema de l'energia infinita del buit.

Llum comprimida

AP És possible ordenar múltiples fas de llum làser, tantes que l'interferència quàntica destructiva suprimira les fluctuacions del buit. Tal estat de buit comprimit involucra a l'energia negativa. La forma repetitiva d'ona de llum nos du a una regió alternativa d'energia positiva i negativa.

Radiació de Hawking

AP Les partícules virtuals en energia negativa poden existir per un periodo curt de temps. Este fenomen és part del mecanisme involucrat en la radiació de Hawking, que explica per qué els forats negres s'evaporarien llentament.