>> HLK 자연과학 >  >> 물리학

진공 에너지는 무엇입니까?

진공 에너지가 무한한 힘을 제공하고 인간이 가장 먼 공간에 도달 할 수 있도록 허용 할 수 있습니까? 우주의 모양과 크기를 빠르게 변화시키고 있습니까? 이러한 질문은 진공 에너지와 신비한 암흑 에너지의 세계와 관련하여 빙산의 일각 일뿐입니다. 현대 물리학의 가장 큰 미해결 신비 중 하나입니다.

많은 이론들이 인터넷을 궁극적 인 전원 또는 광범위한 로켓 추진 기술이라는 것에 대해 인터넷을 순환하고 있습니다. 이론적으로, 그것은 거대한 우주 팽창을 일으키고 우주의 곡률을 바꿀 수도 있습니다. 그러나이 모든 소음을 통해 진공 에너지가 실제로 무엇인지 파악하기는 어렵습니다. 아인슈타인의 일반 상대성 방정식으로 시작합니다. 

아인슈타인의 우주적 상수

아인슈타인의 유명한 필드 방정식에는 계수 람다가 포함되어 있으며, 이론적 우주 론적 상수를 나타내는 데 사용되었습니다. 이 우주 상수는 빈 공간의 에너지 밀도 - 진공입니다. 당시 아인슈타인과 그의 동시대 사람들은 우주가 테이블 위에 움직이지 않는 머그잔처럼 정적이라는 주요 이론을 연구하고있었습니다. 우주의 순 힘은 0 이었으므로이 우주 론적 상수는 제로가 발생했습니다.

그러나 아인슈타인은 결국 그의 방정식에서 우주 상수를 제거했습니다. 주요 이론들은 우주가 확장되고 있다는 생각을 향해 바뀌었다. 미국 천문학 자 에드윈 허블 (Edwin Hubble)은 1929 년 에이 개념을 확인했으며,이 개념은 아인슈타인의 우주론 상수를 둘러싼 논쟁을 시작했습니다. 우주가 가속 속도로 성장하는 경우, 가속도에 0이 아닌 순 힘이 필요하기 때문에 우주 상수는 0이 될 수 없습니다.

이로 인해 물리학 자들은 명백한 후속 질문으로 이끌었습니다. 우주 론적 상수가 0이 아니라면 무엇입니까? 이것은 수학적 및 개념적 수준 모두에 적용됩니다. 우주론 상수는 존재해야하지만 그 본질과 가치는 신비였습니다.

양자 필드 이론 및 진공 에너지

양자 필드 이론 (QFT)은 아 원자 입자의 행동 모델을 만들기 위해 고전적인 물리학, 양자 역학 및 특수 상대성 이론을 다리. 전자 또는 다양한 쿼크와 같은 각 기본 입자마다 하나의 다른 양자 필드가 있습니다. 준파당은 양자 필드 이론에서 비롯된 이론 물리학의 특히 흥미로운 틈새입니다.

QFT에서 빈 공간은 기본적으로 이러한 양자 필드로 가득 찬 진공 상태입니다. 가장 낮은 에너지 밀도 수준 에서이 분야는 모든 변동 또는 흥분을 경험합니다. 이것은 제로 포인트 또는 진공 에너지 때문일 수 있습니다. 실제로, 그것은 종종 가상 입자가 공허에서 나타나고 사라지는 것으로 생각됩니다. 이 입자는 항구 유감과 함께 생성되며, 이는 필연적으로 파괴되지만, 존재하지 않기 전에 물리적 인 것과 상호 작용할 수 있습니다. 이것이 Feynman 다이어그램이 매핑하도록 설계된 것입니다. 

진공 에너지가 진공에서 접근 할 수없는 입자가 나타나고 사라지는가? 일종의. 그것은 우주의 확장 속도에 영향을 미치는 암흑 에너지의 한 유형으로 알려져 있습니다. 진공 에너지는 또한 양자 역학에서 가능한 가장 낮은 에너지 상태 인 제로 포인트 에너지의 경우입니다. 그것은 공간 진공에서 절대 0에서 변동 양자 필드 경험을 나타냅니다. 따라서 IT와 관련된 이론은 종종 제로 포인트 에너지를 나타냅니다. 

우주 확장 및 가속도

아인슈타인의 현장 방정식에는 우주에서 진공 에너지 역할을 이해하는 데 중요한 몇 가지 요소와 왜 그렇게 혼란스러워하는지가 포함됩니다. G와 Lambda의 두 가지 상수가 있습니다. G는 중력의 강도를 언급하는 Newton의 상수이며 Lambda는 아인슈타인의 우주적 상수입니다. 이 값은 자연의 상수이므로 우주 어디에서나 같은 방식으로 적용됩니다. 또 다른 값 T는 우주의 다른 모든 유형의 에너지를 나타냅니다. 방정식의 반대편에는 두 값이 R이 있으며,이 값은 시공간의 곡선을 정량화합니다.

흥미롭게도,이 방정식은 우주 상수가 우주의 가속화 된 확장과의 관계를 보여줍니다. 물리학 자 사빈 호 센 펠더 (Sabine Hossenfelder)는 t가 0 일 때 방정식은 빈 공간을 나타낸다고 설명했다. Lambda는 진공의 에너지 밀도가됩니다. 이것은 진공 에너지가 실제로 무엇인지의 핵심에 도달합니다. Hossenfelder 박사 아인슈타인의 방정식에서 우주의 척도 계수를 나타내는 결과는 우주 확장의 가속이 우주 론적 상수에 비례한다는 것입니다.

해당 스케일 기능이 작동하면 a (t) , 우주의 물체 사이의 거리는 증가합니다. 람다가 긍정적 일 때 우주의 확장이 가속화됩니다. 이는 진공 에너지가 0이 아니며 가속도를 유발한다는 것을 의미합니다.

이것은 물리학 자에게 혼란스러워합니다. 왜냐하면 그것이 가상 입자가 많으면 서로 끌어 당기면서 더 많은 중력을 만들어 우주가 수축 될 것이라고 생각할 수도 있습니다. 더 당황스러운 것은 우주가 확장 되더라도 밀도가 일정하게 유지된다는 것입니다. 다른 유형의 에너지는 이런 식으로 행동하지 않습니다. 우주에서 진공 에너지의 양이 가능하기 위해서는 증가해야 할 것입니다. 

우주 혼란 :상수 예측

진공 에너지는 우주 전체의 주변 배경 에너지 공간입니다. 정확한 본질이나 양에 대해서는 알려진 바가 거의 없지만 우주의 가속 확장과 관련이 있습니다. 당연히 물리학 자들은 그 본질과 가치를 이해하고 싶습니다. 불행히도, 우주 상수의 신비를 파악하는 것은 단순한 것입니다. 

Feynman and Wheeler

과학 이론이“진공 재앙”과 같은 별명을 얻을 때는 결코 좋은 신호가 아닙니다. 잘 알려진 물리학자인 John Wheeler와 Richard Feynman은 진공 에너지의 에너지 밀도의 가치가 천문학적으로 거대한 수, 10 ERGS/cm로 유명하게 예측했습니다. 이 가치는 너무 커서 Feynman과 Wheeler는 지구의 바다를 끓으려면 이러한 유형의 에너지 만 필요할 것이라고 말했다. 이 숫자의 문제는 관찰 된 우주와 크게 다르다는 것입니다. 

Feynman과 Wheeler가 예측 한 것만 큼 방대하다면 우주는 그보다 훨씬 더 큰 속도로 가속화 될 것입니다. 곡률도 증가 할 것입니다. 그러나 이것은 물리학 자들이 관찰하는 것이 아닙니다. 이로 인해 과학계의 일부는 진공 에너지 밀도의 예상 값을“최악의 예측”이라고 지칭하게 만들었습니다. 

정확하거나 틀린?

어떤 사람들은 우주에 진공 에너지를 취소하는 다른 에너지가 있어야한다고 결론을 내립니다. 과학자들은이 에너지가 아직 무엇인지 알지 못하므로 수학적 예측은 불완전하고 부정확합니다. 

실제로 Feynman과 Wheeler의 예측은 정확할 수 있습니다. 과학자들은 전기와 마찬가지로 에너지 차이 만 측정 할 수 있습니다. 진공 에너지가 우주의 어느 곳에서나 동일하고 어디서나 변화가 없다면 측정 할 수 없습니다. 진공 에너지의 제로 포인트는 양자 필드 이론에 영향을 미치거나 무효화하지 않습니다. Feynman과 Wheeler의 겉보기에는 외설적 인 예측이 옳을 수 있습니다. 그러나이 방대한 양의 에너지는 우주의 모든 곳에서 평형에 있기 때문에 접근 할 수 없습니다. 

진공 에너지 신화

불행하게도, 진공 에너지와 제로 에너지를 둘러싼 많은 버즈는이 무한 에너지 원이 모든 종류의 사물에 사용될 수 있다는 광범위한 이론과 관련이 있습니다. 이 이론들은 대부분 말도 안됩니다. 가장 무의미한 것 중 하나는 자유롭고 무제한의 전력 공급원으로 사용될 수 있으며 먼 공간의 도달 범위로 이동할 수 있다는 것입니다. 

불행히도 이것은 불가능합니다. 그것은 세계의 바다를 근처의 식수 공급원으로 사용하는 것과 같습니다. 사람들은 실제로 안전하지는 않지만 실제로 해수를 마실 수 없습니다. 마찬가지로, 훨씬 더 큰 규모로 진공 에너지는 에너지가있을 수 있습니다. 그러나 그렇다고해서 아무리 많은 것이 있더라도 전원으로 사용될 수 있다는 의미는 아닙니다.

사람들은 평형으로의 전환에서 전력으로 사용하기 위해 에너지를 추출합니다. 이것은 에너지가 변할 때만 수행 할 수 있습니다. 우주 전체에서 이미 안정적이라면 전력으로 사용하기 위해 무한 금액을 단순히 사이펀 할 방법이 없습니다. 변경되지 않으므로 액세스 할 방법이 없습니다. 

우주의 신비한 에너지

진공 에너지는 단순히 우주의 지속적인 배경 에너지입니다. 물리학 자들은 그 가치 또는 에너지 밀도에 대한 몇 가지 예측을 가지고 있으며, 우주의 확장을 가속화하는 것과 관련이 있습니다. 그러나 그것을 전원 또는 로켓 추진으로 사용하여 공상 과학 소설의 영역에 단단하고 독점적으로 남아 있습니다.

Ellie Poverly


  1. 불규칙한 물체의 밀도는 얼마입니까?
  2. Fermi 역설이 어떻게 작동하는지
  3. 물리적 변화 중에 원자가 변합니까?
  4. 옴의 법칙을 사용하여 주어진 와이어의 저항력
  5. 공명 튜브를 사용하여 실온에서 공기 속도
  6. 발사체의 속도는 일정하게 간주됩니까?