ZPE: ZERO POINT ENERGY
TESTI E ARTICOLI SULLA ZPE
ENERGIA DI PUNTO ZERO E CAMPO DI PUNTO ZERO
Introduzione
La fisica quantistica afferma l'esistenza di un oceano di Energia di Punto Zero (Zero Point Energy, ZPE) sottostante il tessuto stesso dello spazio,
in ogni suo punto.
Questa energia è una cosa differente rispetto alla radiazione cosmica
di fondo e ci si riferisce ad essa anche come al “vuoto elettromagnetico
quantistico”, poiché si tratta dello stato energetico più
basso di uno spazio totalmente vuoto.
La quantità di questa energia è talmente elevata che molti fisici
ritengono che, sebbene la sua esistenza sia una ineludibile conseguenza della
teoria quantistica, essa non possa essere davvero reale; perciò, di
norma, la sottraggono dalle equazioni.
Una minoranza di fisici, al contrario, ne accetta l'esistenza come reale,
sostenendo che non possiamo misurare questa forma di energia dal momento che
è la stessa ovunque, anche nei nostri corpi e negli strumenti di misurazione.
Da questo punto di vista, il mondo “ordinario” di materia ed energia
non è altro che una schiuma che si forma sul mare di vuoto quantistico.
Ad una nave non interessa quanto sia profondo l'oceano sotto di essa, ma solo che esista e la sostenga; se l'oceano di ZPE è reale,
allora esiste la possibilità che ad esso si possa attingere come fonte
di energia, o possa essere utilizzato per generare una forma di propulsione
adatta ai viaggi spaziali.
La propulsione e il movimento
Il motore, a elica o a reazione, di un aeromobile spinge indietro l'aria
per far muovere il velivolo in avanti; l'elica di una barca fa lo stesso
con l'acqua.
Sulla Terra esistono sempre l'aria o l'acqua da spingere per avanzare.
Ma un razzo nello spazio non ha nulla a cui appoggiarsi, così deve
portare con sé il proprio propellente da espellere per proiettarsi
in avanti.
Il problema di base col propellente è
che un veicolo spaziale che voglia inoltrarsi nello spazio profondo dovrà
partire portando con sé tutto il carburante di cui potrà avere
bisogno: questo comporta la necessità di imbarcarne sempre di più…
allo scopo di poter portare altro carburante!
L'obiettivo da raggiungere per rendere praticabile l'esplorazione
dello spazio profondo è il completo superamento della necessità
di portare con sé il carburante.
Ma come è possibile generare una spinta senza bisogno di trasportare
ed espellere carburante ?
L'effetto Casimir
Esiste una forza associata al vuoto quantistico elettromagnetico: il c.d.
Effetto Casimir.
Questo effetto consiste in una attrazione fra due piastre metalliche, parallele
fra loro, poste nel vuoto; questo effetto, di cui sono state eseguite accurate
misurazioni, può essere attribuito a minuscoli sbilanciamenti nella
ZPE nello spazio fra le piastre, rispetto allo spazio esterno alle piastre
stesse.
Poiché questo effetto agisce simmetricamente su ambedue le piastre,
non può essere utilizzato per la propulsione di un veicolo spaziale.
Tuttavia, se dovesse essere identificata una variazione asimmetrica dell'Effetto
Casimir e questo potesse venire sfruttato, un veicolo spaziale potrebbe in
effetti viaggiare sospinto da questa forza.
Il procedimento Forward
Un esperimento, pubblicato dal fisico Robert Forward nel 1984, ha dimostrato
come l'Effetto Casimir possa, in teoria, venir utilizzato per estrarre
energia dal vuoto quantistico
Studi teorici nei primi anni '90 hanno confermato che questo non è
in contraddizione con le Leggi della Termodinamica (dal momento che la ZPE è differente da ogni forma di riserva termica).
Sfortunatamente, il “procedimento Forward” non può essere
utilizzato per fornire un ciclo continuo di estrazione di energia: un “motore
Casimir”, infatti, potrebbe operare una sola estrazione prima di diventare
inutilizzabile.
Origine dell'energia di Punto Zero
La base teorica della ZPE risiede nel Principio di Indeterminazione di Heisenberg, una delle leggi fondamentali nella fisica quantistica.
La minore indeterminazione possibile nella misurazione di un momento temporale
è specificata dalla Costante di Planck (che indicheremo con la lettera h). Una parallela indeterminazione esiste nelle misurazioni che coinvolgono
l'energia.
Questa indeterminatezza non è dovuta ad alcun errore che sia possibile
correggere nelle misurazioni, ma è piuttosto una proprietà intrinseca
della natura stessa dell'energia e della materia.
Un utile strumento di verifica nella fisica è l'oscillatore armonico
ideale: una massa ipotetica che si muove avanti e indietro su una molla ideale.
Il Principio di Indeterminazione di Heisenberg stabilisce che un simile oscillatore
armonico – uno piccolo abbastanza da essere soggetto alla meccanica quantistica
– non potrà mai giungere ad uno stato di quiete completa, perché
in questo caso si troverebbe fermo (posizione nota) in uno stato esattamente
zero di energia… il che è in contrasto con il principio stesso.
In questa situazione di quiete, l'energia minima media è metà
di h per la frequenza di oscillazione f :
hf/2
Le onde radio, la luce, i raggi X e i raggi gamma sono tutte forme di radiazione
elettromagnetica. In maniera classica, la radiazione elettromagnetica può
essere rappresentata come un insieme di onde che attraversano lo spazio alla
velocità della luce.
Queste onde non sono affatto “onde” di una qualche sostanza, quanto
piuttosto increspature nello stato di un campo.
Queste onde trasportano energia, e ogni onda ha una sua specifica direzione,
frequenza e stato di polarità.
Questo è chiamato “modo di propagazione del campo elettromagnetico”.
Ciascun “modo” è soggetto al principio di Heisenberg.
Per capirne il significato, la teoria della radiazione elettromagnetica quantizzata
tratta ogni modo come se fosse l'equivalente del proprio oscillatore
armonico. Da questa analogia si ricava che ogni modo del campo elettromagnetico
deve possedere hf/2 della propria energia media.
In sé questo è un minuscolo ammontare di energia, ma esiste
un numero enorme di modi, e l'energia stessa cresce secondo il quadrato
della frequenza.
Il prodotto di una piccola quantità di “energia per modo”
per l'enorme densità spaziale dei modi produce una gigantesca
quantità teorica di energia per centimetro cubo.
Secondo questa linea di ragionamento, la fisica quantistica prevede che tutto
lo spazio sia pieno di fluttuazioni elettromagnetiche di punto zero (chiamate
Campo di Punto Zero), che creano un mare universale di ZPE.
La densità dell'energia dipende in maniera diretta dalla frequenza
in cui cessano le fluttuazioni di punto zero.
Siccome lo spazio stesso diviene una schiuma quantistica indifferenziata alla
distanza nota come Scala di Planck (10-33cm),
si pensa che le fluttuazioni di punto zero debbano cessare alla corrispondente
frequenza di Planck (1043 Kh).
Se fosse questo il caso, la densità di ZPE sarebbe 110 volte maggiore
dell'energia radiante del centro del Sole!
Collegamenti all'inerzia e alla gravità
Quando il passeggero di un aereo si sente spingere contro il sedile mentre l'aereo stesso rulla lungo la pista, o quando il guidatore di un'auto si sente spingere a sinistra mentre sterza verso destra, cosa provoca la sensazione di spinta ?
Sin dal tempo di Newton questo è stato attribuito ad una proprietà intrinseca della materia, chiamata “inerzia”.
Nel 1994 è stato scoperto un processo che sembrerebbe dimostrare il
coinvolgimento delle fluttuazioni di punto zero nelle sensazioni che si provano
durante un cambiamento di velocità o direzione, entrambe essendo forme
di accelerazione.
La fluttuazione di punto zero potrebbe quindi essere la causa dell'inerzia.
Se questo fosse il caso, quindi, noi potremmo percepire la ZPE ogni volta che ci muovessimo.
Il principio di equivalenza richiede una analoga connessione per la gravità.
La Teoria Generale della Relatività di Einstein spiega efficacemente
il moto di oggetti liberi di cadere lungo una geodesica (la via più
breve fra due punti nello spaziotempo curvo), ma non fornisce alcun meccanismo
che spieghi come generare una forza gravitazionale quando questi oggetti siano
costretti a deviare dalla linea geodesica.
Si è scoperto che un oggetto sottoposto ad accelerazione o tenuto fermo
in posizione in un campo gravitazionale sperimenterà lo stesso tipo
di schema asimmetrico che in un campo di energia zero darebbe luogo ad una
tale reazione: il peso misurabile sarebbe allora dovuto alla ZPE.
La possibilità che la ZPE elettromagnetica possa quindi venire utilizzata per la produzione di forze gravitazionali e inerziali apre la possibilità che, un giorno, sia l'inerzia che la gravità possano essere controllate e manipolate, con un profondo impatto sulla propulsione e sui viaggi spaziali.
↑FONTI PRINCIPALI
Gravity and the Quantum Vacuum Inertia Hypothesis
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(2001).
The Case for Inertia as a Vacuum Effect: a Reply
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59 (2000).
On the relation between a zero-point-field-induced
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Contribution to inertial mass by reaction of the
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A. Rueda & B. Haisch, Foundations of Physics, Vol. 28, No. 7, pp. 1057-1108
(1998).
Inertial mass as reaction of the vacuum to accelerated
motion
A. Rueda & B. Haisch, Physics Letters A, vol. 240, No. 3, pp. 115-126,
(1998).
Reply to Michel's "Comment on Zero-Point Fluctuations
and the Cosmological Constant"
B. Haisch & A. Rueda, Astrophysical Journal, 488, 563, (1997).
Quantum and classical statistics of the electromagnetic
zero-point-field
M. Ibison & B. Haisch, Physical Review A, 54, pp. 2737-2744, (1996).
Vacuum Zero-Point Field Pressure Instability in Astrophysical
Plasmas and the Formation of Cosmic Voids
A. Rueda, B. Haisch & D.C. Cole, Astrophysical Journal, Vol. 445, pp.
7-16 (1995).
Inertia as a zero-point-field Lorentz force
B. Haisch, A. Rueda & H.E. Puthoff, Physical Review A, Vol. 49, No. 2,
pp. 678-694 (1994).
