Liệu chúng ta có thể khai thác năng lượng chân không lượng tử không?
của Paul M. Sutter, Universe Today
Hình minh họa mô tả sự vướng víu lượng tử giữa các hạt. Nguồn: Thí nghiệm ATLAS
Cấu trúc của không thời gian đang cuộn trào với các trường lượng tử rung động, được gọi là năng lượng chân không. Nó ở ngay đó, ở khắp mọi nơi chúng ta nhìn đến. Nhưng liệu chúng ta có bao giờ khai thác được gì từ nó không?
Chúng ta thậm chí có thể tính toán được cường độ của năng lượng chân không này. Khi chúng ta áp dụng các quy tắc của cơ học lượng tử để xác định mức độ rung động của các trường khi tách biệt, chúng ta sẽ có... vô cực. Đúng vậy, có một lượng năng lượng vô hạn lấp đầy mọi bit không thời gian. Đó là vì không có giới hạn về lượng rung động mà các trường này có thể có. Các rung động nhỏ, rung động trung bình và rung động lớn đều xảy ra đồng thời trong mọi trường lượng tử.
Khoan đã, khoan đã—làm sao các trường có thể có năng lượng vô hạn nhưng vẫn có nhiều năng lượng hơn để tạo ra các hạt? Để trả lời câu hỏi này, chúng ta có thể chuyển sang một thí nghiệm thông minh do nhà vật lý người Hà Lan Hendrik Casimir thiết kế.
Nếu bạn lấy hai tấm kim loại và dán chúng thật gần nhau, các trường lượng tử giữa các tấm đó phải hoạt động theo một cách nhất định. Các bước sóng rung động của chúng phải vừa khít giữa các tấm, giống như các rung động trên dây đàn guitar phải vừa khít với chiều dài của dây đàn. Trong trường hợp lượng tử, vẫn có vô số rung động giữa các tấm, nhưng không có nhiều rung động vô hạn giữa các tấm như bên ngoài các tấm.
Sử dụng một số phần toán học thông minh, chúng ta có thể trừ hai loại vô cực và đi đến một số hữu hạn. Điều này có nghĩa là thực sự có nhiều rung động lượng tử bên ngoài hai tấm hơn bên trong không gian. Điều này dẫn đến kết luận rằng các trường lượng tử bên ngoài các tấm đẩy hai tấm lại với nhau, thứ được gọi là hiệu ứng Casimir. Chúng ta có thể đo lường hiệu ứng này và xác minh rằng các trường lượng tử thực sự tồn tại.
Tất cả lý thuyết và thí nghiệm này dẫn đến một kết luận đáng kinh ngạc. Tất cả vật lý của thế giới, mọi tương tác, mọi quá trình và hành động đều diễn ra trên một sân khấu chứa đầy một lượng năng lượng chân không vô hạn. Mặc dù bức tranh này kỳ lạ nhưng đây là kết quả của nhiều thập kỷ nghiên cứu về lý thuyết lượng tử.
Hiện tại, chúng ta không có cách nào tiếp cận được năng lượng này và làm bất cứ điều gì hữu ích với nó. Đó là vì đây là trạng thái năng lượng thấp nhất trong vũ trụ. Để hoàn thành công việc, bạn phải có sự khác biệt về năng lượng, bạn cần phải lấy năng lượng từ một nơi, biến đổi nó và đưa nó đến một nơi khác.
Chúng ta không thể lấy năng lượng từ chân không vì không có nơi nào thấp hơn để năng lượng chân không đi đến. Giống như cố gắng đưa thang máy lên cao hơn tầng thấp nhất trong một tòa nhà—nó dừng lại ở tầng trệt vì không còn tầng nào bên dưới nữa.
Khi nói đến hiệu ứng Casimir, ngay từ đầu chúng ta đã phải đưa năng lượng vào hệ thống để sắp xếp các tấm lại với nhau. Khi các tấm bắt đầu chuyển động, chúng ta chỉ đơn giản là lấy lại năng lượng mà chúng ta đã đưa vào, mà không có lợi nhuận ròng nào trong quá trình sản xuất năng lượng.
Có nhiều ý tưởng trong vũ trụ khoa học viễn tưởng đề xuất sử dụng năng lượng chân không để cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ hoặc các loại động cơ đẩy tiên tiến khác. Mặc dù những ý tưởng đó trái ngược với vật lý đã được thiết lập, chúng ta phải thừa nhận rằng chúng ta không hiểu đầy đủ về vật lý… đặc biệt là năng lượng chân không. Manh mối lớn nhất cho thấy chúng ta đang làm sai điều gì đó không liên quan đến thang đo hạ nguyên tử, mà là thang đo vũ trụ.
Vào cuối những năm 1990, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng sự giãn nở của vũ trụ đang tăng tốc. Giải thích đơn giản nhất cho sự giãn nở tăng tốc này là năng lượng chân không của vũ trụ. Nhưng vì chúng ta có thể đo tốc độ giãn nở, chúng ta có thể sử dụng điều đó để ước tính tổng lượng năng lượng chân không và chúng ta có được khoảng 6 x 10-10 joule trong mỗi mét khối không gian.
Đó không phải là vô cực. Vì vậy, chúng ta có một vấn đề. Một mặt, chúng ta có một tập hợp các phép tính, dự đoán và phép đo hạ nguyên tử cho chúng ta biết rằng có một lượng năng lượng chân không vô hạn. Mặt khác, chúng ta có một phép đo vũ trụ cho chúng ta biết rằng lượng năng lượng chân không thực sự, thực sự nhỏ.
Chuyện gì đang xảy ra? Chúng ta không biết. Đó là một trong những vấn đề lớn nhất chưa được giải quyết trong vật lý hiện đại. Nếu chúng ta muốn tìm cách khai thác năng lượng chân không, thì trước tiên chúng ta phải hiểu năng lượng chân không thực sự là gì. Bất cứ điều gì chúng ta tìm thấy ở đó sẽ liên quan đến các loại vật lý mới, và ai biết vật lý mới nào sẽ mở khóa cho chúng ta.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
