Vacío cuántico: ¿es posible tomar prestada energía de un espacio vacío?

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Vacío cuántico: ¿es posible tomar prestada energía de un espacio vacío?

¿Es posible tomar prestada energía del espacio vacío? Y si es así, ¿tenemos que devolverlo? Se permiten valores de energía inferiores a cero, al menos dentro de ciertos límites.

El vacío es más complicado de lo que podemos pensar, según la física cuántica. © TU Wien

Un equipo internacional de investigadores de TU Viena, la Universidad Libre de Bruselas (Bélgica) y el IIT Kanpur (India) han investigado hasta qué punto es posible la energía negativa. Resulta que no importa qué teorías cuánticas se consideren, no importa qué simetrías se mantengan en el universo, siempre hay ciertos límites para «tomar prestada» energía.

A nivel local, la energía puede ser inferior a cero, pero, al igual que el dinero prestado de un banco, esta energía debe «devolverse» al final.

La energía es una cantidad que siempre debe ser positiva, al menos eso es lo que nos dice nuestra intuición. Si cada partícula se elimina de un cierto volumen hasta que no quede nada que pueda transportar energía, entonces se ha alcanzado un límite. ¿Pero fue realmente? ¿Todavía es posible extraer energía incluso del espacio vacío?

La física cuántica ha demostrado repetidamente que contradice nuestra intuición, y esto también es cierto aquí. Bajo ciertas condiciones, se permiten energías negativas, al menos dentro de un cierto intervalo de espacio y tiempo.

El profesor Daniel Grumiller del Instituto TU Wien de Física Teórica (Viena) dijo en un comunicado de prensa:

En la teoría general de la relatividad, generalmente asumimos que la energía es mayor que cero en todo momento y en cualquier parte del universo.

Esto tiene una consecuencia muy importante para la gravedad: la energía se une a la masa a través de la fórmula E = mc². La energía negativa, por lo tanto, también significaría masa negativa. Las masas positivas se atraen, pero con una masa negativa, la gravedad puede convertirse repentinamente en una fuerza repulsiva.

La teoría cuántica, sin embargo, permite la energía negativa.

Grumiller dice:

Según la física cuántica, es posible tomar prestada energía de un vacío en un lugar determinado, como el dinero de un banco. Durante mucho tiempo no supimos el valor máximo de este tipo de crédito energético y las posibles tasas de interés a pagar. Se han publicado varios supuestos sobre este «interés» (conocido en la literatura como «interés cuántico»), pero no se han acordado resultados completos.

La llamada ‘Condición de energía cuántica cero’ (QNEC), que se probó en 2017, prescribe ciertos límites para el ‘endeudamiento’ de energía, vinculando la teoría de la relatividad y la física cuántica: una energía. por lo tanto, se permite menos de cero, pero solo dentro de un cierto rango y solo por un cierto tiempo. La cantidad de energía que se puede tomar prestada de un vacío antes de que se agote el límite de crédito de energía depende de una cantidad física cuántica, llamada entropía entrelazada.

De acuerdo con Grumiller:

En cierto sentido, la entropía de enredo es una medida de qué tan fuertemente el comportamiento de un sistema está gobernado por la física cuántica.

Si el enredo cuántico desempeña un papel crucial en algún punto del espacio, por ejemplo, cerca del borde de un agujero negro, puede producirse un flujo de energía negativo durante algún tiempo, y las energías negativas se vuelven posibles en esa región.

Grumiller ahora ha logrado generalizar estos cálculos especiales junto con Max Riegler y Pulastya Parekh. Max Riegler ha completado su disertación en el grupo de investigación de Daniel Grumiller en TU Wien y ahora está trabajando como becario postdoctoral en Harvard. Pulastya Parekh del IIT en Kanpur (India) fue invitada al Instituto Erwin Schrödinger y TU Wien.

Grumiller dice:

Todas las consideraciones anteriores siempre se han referido a las teorías cuánticas que siguen las simetrías de la relatividad especial. Pero ahora podemos demostrar que esta conexión entre la energía negativa y el entrelazamiento cuántico es un fenómeno mucho más general. Las condiciones de energía que claramente prohíben la extracción de cantidades infinitas de energía de vacío son válidas para teorías cuánticas muy diferentes, independientemente de las simetrías.

Obviamente, esto no tiene nada que ver con las «máquinas superunitarias» místicas que supuestamente generan energía a partir de la nada, porque se presentan repetidamente en círculos esotéricos.

Gumiller enfatizó:

El hecho de que la naturaleza permita que la energía sea inferior a cero durante un cierto período de tiempo en un lugar determinado no significa que se viole la ley de conservación de energía. Para permitir flujos de energía negativos en una ubicación determinada, debe compensar los flujos de energía positivos en las inmediaciones.

Incluso si el tema es un poco más complicado de lo que se pensaba anteriormente, la energía se puede obtener de la nada, incluso si puede volverse negativa. Los nuevos resultados de la investigación ahora imponen límites restringidos a la energía negativa, conectándolo con las propiedades por excelencia de la mecánica cuántica.

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