Войти
Отрицательная энергия - это концепция, используемая в физике для объяснения природы некоторых полей, включая гравитационное поле и различные эффекты квантового поля.
В более умозрительных теориях отрицательная энергия задействована в червоточинах, что может позволить путешествие во времени и искривление для более быстрого чем-свет космическое путешествие.
Сила гравитационного притяжения между двумя массивными объектами на расстоянии между ними представляет собой отрицательное количество гравитационной потенциальной энергии в поле, которое их притягивает. Когда расстояние между ними приближается к бесконечности, гравитационное притяжение приближается к нулю с положительной стороны линии действительных чисел, а гравитационная потенциальная энергия приближается к нулю с отрицательной стороны. Следовательно, когда два массивных объекта движутся навстречу друг другу, движение ускоряется под действием силы тяжести, вызывая увеличение (положительной) кинетической энергии системы и увеличение на ту же величину в (отрицательная) гравитационная потенциальная энергия. Это потому, что закон сохранения энергии требует, чтобы чистая энергия системы не изменялась. Гравитационная энергия связи - это разновидность потенциальной энергии.
A вселенная, в которой преобладает положительная энергия, в конечном итоге схлопнется в "Большом сжатии ", в то время как "открытая" вселенная, в которой преобладает отрицательная энергия, будет либо бесконечно расширяться, либо в конечном итоге распадется в "большой рип ". В модели вселенной с нулевой энергией («плоской» или «евклидовой») общее количество энергии во вселенной точно ноль : количество положительной энергии в ней в форме материя в точности компенсируется своей отрицательной энергией в виде гравитации. (Неясно, какая из этих моделей точно описывает реальную Вселенную.)
Отрицательные энергии и отрицательная плотность энергии согласуются с квантовой теорией поля.
В квантовой теории принцип неопределенности позволяет заполнить вакуум пространства виртуальными парами частица-античастица, которые появляются спонтанно и существуют лишь короткое время до, как правило, снова уничтожаются. Некоторые из этих виртуальных частиц могут иметь отрицательную энергию. Их поведение играет роль в нескольких важных явлениях, как описано ниже.
В эффекте Казимира две плоские пластины, расположенные очень близко друг к другу, ограничивают длины волн квантов, которые могут существовать между ними. Это, в свою очередь, ограничивает типы и, следовательно, количество и плотность пар виртуальных частиц, которые могут образовываться в промежуточном вакууме и могут приводить к отрицательной плотности энергии. Это вызывает силу притяжения между пластинами, которая была измерена.
Виртуальные частицы с отрицательной энергией могут существовать в течение короткого периода времени. Это явление является частью механизма, задействованного в излучении Хокинга, с помощью которого черные дыры испаряются.
Можно организовать несколько лучи лазерного света, такие что деструктивная квантовая интерференция подавляет флуктуации вакуума. Такое сжатое вакуумное состояние связано с отрицательной энергией. Повторяющаяся форма волны света приводит к чередованию областей положительной и отрицательной энергии.
Согласно теории моря Дирака, разработанной Полом Дирака в 1930 г. вакуум космоса наполнен отрицательной энергией. Эта теория была разработана для объяснения аномалии квантовых состояний с отрицательной энергией , предсказанной уравнением Дирака.
Теория моря Дирака правильно предсказала существование антивещества двумя годами ранее. к открытию позитрона в 1932 году Карлом Андерсоном. Однако теория моря Дирака рассматривает антивещество как дыру в отсутствии частицы, а не как настоящую частицу. Квантовая теория поля (КТП), разработанная в 1930-х годах, рассматривает антивещество таким образом, что оно рассматривает антивещество как состоящее из реальных частиц, а не как отсутствие частиц, и рассматривает вакуум как свободный от частиц, а не как полный частиц отрицательной энергии, как в теории моря Дирака.
Квантовая теория поля вытеснила теорию моря Дирака как более популярное объяснение этих аспектов физики. И теория моря Дирака, и квантовая теория поля эквивалентны посредством преобразования Боголюбова, поэтому море Дирака можно рассматривать как альтернативную формулировку квантовой теории поля и, таким образом, согласуется с ней.
Отрицательная энергия появляется в умозрительной теории червоточин, где она необходима, чтобы держать червоточину открытой. Червоточина напрямую соединяет два места, которые могут быть разделены произвольно далеко друг от друга как в пространстве, так и во времени, и в принципе позволяет почти мгновенно перемещаться между ними.
Был предложен теоретический принцип сверхсветового (FTL) варп-двигателя для космических кораблей, использующий отрицательную энергию. Привод Алькубьерре представляет собой решение уравнений Эйнштейна общей теории относительности, в которой пузырь пространства-времени быстро перемещается, расширяя пространство позади него и сжимая пространство перед ним.
