L'Energia del Vuoto

Il Giornale Online
L'Energia di vuoto è un'energia presente in stato latente nello spazio anche quando privo di materia. Questo concetto è legato ai vorticosi fenomeni di creazione e annichilazione di particelle che si verificano quando si cerca di osservare il vuoto a delle distanze estremamente piccole in cui gli effetti quantistici entrano in gioco in modo decisivo.

L'energia del vuoto provoca l'esistenza della maggior parte (se non di tutte) le forze fondamentali e, quindi, dei loro effetti. È stata osservata in alcuni esperimenti (come l'emissione spontanea di luce o raggi gamma, dell'effetto Casimir, della forza di legame di Van Der Waals) e si pensa (ma non è ancora stato dimostrato) che possa avere conseguenze anche nell'universo su scala cosmologica.

La teoria quantistica dei campi, che descrive le interazioni fra le particelle elementari in termini di campo, contribuisce alla dimostrazione dell'esistenza di questa energia legandola all'energia di punto zero del campo. Un esempio è l'effetto Casimir, in cui due piastre metalliche vicine sono sottoposte ad una leggera forza di attrazione.

È possibile attribuire questa forza alla dipendenza dell'energia di punto zero del campo elettromagnetico sulla distanza delle piastre. Poiché l'energia potenziale è definita fino ad una costante arbitraria, il valore dell'energia del vuoto potrebbe essere considerato non importante. Questa importanza nasce nel momento in cui si considera anche la forza di gravità.
Questo ha importanti conseguenze su scala cosmologica dal momento che questa energia andrebbe a contribuire alla costante cosmologica, a cui è collegata l'espansione dell'universo . In definitiva la quantità di energia del vuoto può essere descritta come un conteggio delle particelle virtuali (o fluttuazioni di vuoto), che sono generate e distrutte dal vuoto.

Nell'ultimo periodo del 1998 si osservò, studiando più di 40 supernovae, che la velocità di espansione dell'universo aumentava sensibilmente invece di diminuire. Finora si era pensato, infatti, che l'universo stesse gradualmente rallentando per poi eventualmente fermarsi regredire verso un Big Crunch. Studiando la luce di queste supernove, infatti, si poté definire la loro distanza: essa risultava essere, però, del 10-15% superiore di quella attesa.

L'Universo, dunque, sarebbe in perenne accelerazione. Il concetto di energia del vuoto ha notevoli implicazioni: prima di tutto le fluttuazioni di vuoto generano sempre un accoppiamento particella-antiparticella. Il fisico Stephen Hawking ha supposto che la creazione di queste particelle nei pressi di un buco nero sia assimilabile ad una sorta di “evaporazione” dello stesso.

L'energia netta dell'universo rimane pari a zero se questi accoppiamenti vengono distrutti entro il tempo di Planck. Se prima che accada questo annichilimento una delle due particelle viene attratta dal buco nero, l'altra viene irradiata nello spazio. Tale perdita si accumula e, nel tempo, potrebbe portare alla scomparsa del buco nero. Il tempo necessario a tale processo dipende dalle dimensioni del buco nero, ma si è calcolato che sarebbero necessari 10100 anni perché un buco nero delle dimensioni del Sole venga distrutto.

Il Falso Vuoto:

In teoria quantistica dei campi il concetto di falso vuoto, si riferisce a uno stato quantomeccanico, apparentemente stabile, caratterizzato da un livello di energia che, per quanto estremamente basso, non corrisponde a quello di energia più bassa. In questo caso, almeno in linea teorica, è permessa la transizione verso livelli di energia più bassi, ad esempio per effetto tunnel. Il concetto di falso vuoto è strettamente legato a quello di vuoto quanto-meccanico.

Quest'ultimo è definito come uno stato quanto-meccanico in cui l'energia è zero. Poiché tale livello è il più basso teoricamente concepibile, il vuoto così definito sarebbe anche uno stato assolutamente stabile. Tuttavia, l'esistenza di questo stato di vuoto assoluto è concettualmente impedita dalla stessa teoria quantistica dei campi, che prevede il manifestarsi delle cosiddette fluttuazioni dell'energia di punto zero; si tratta di un fenomeno fisico che deriva dal principio di indeterminazione di Heisenberg e la cui esistenza è un fatto sperimentalmente acquisito (a tale proposito si veda, ad esempio, l'effetto Casimir).

Il vuoto, sebbene negato dalla teoria, può tuttavia essere approssimato da uno stato di energia estremamente basso e, almeno apparentemente, stabile. Tuttavia, l'ammissibilità di livelli energetici inferiori, fa sì che questo stato di vuoto approssimato è suscettibile di una transizione quantistica che lo porti ad occupare uno degli stati caratterizzanti dei livelli energetici inferiori. In questo senso si parla allora di uno stato di falso vuoto.

L'Energia di Punto Zero:

In fisica, l'energia di punto zero (in inglese, zero-point energy, ZPE) è il più basso livello energetico possibile in un sistema quantistico. Dal principio di indeterminazione di Heisenberg deriva che il vuoto è permeato da un mare di fluttuazioni quantistiche che creano coppie di particelle e anti-particelle virtuali che si annichiliscono in un tempo inversamente proporzionale alla propria energia.

Il contributo complessivo all'energia del vuoto risulta così mediamente diverso da zero e pari a hf/2 dove h è la costante di Planck e f è la frequenza di un generico modo di vibrazione associabile alla lunghezza d'onda materiale delle particelle virtuali. Integrando rispetto allo spazio tutti i contributi dati dalle fluttuazioni quantistiche a tutte le energie e lunghezze d'onda si ottiene una quantità di energia enorme per unità di volume.

Dal momento che l'energia produce gravità essa dovrebbe contribuire a determinare in modo significativo il valore della costante cosmologica che invece risulta di entità molto esigua. Nella realtà dunque, questa enorme energia viene a elidersi quasi totalmente e non è facile pensare a un modo pratico per estrarla dal suo “background” di vuoto quantistico. In teoria quantistica dei campi, il termine energia di punto zero è sinonimo di energia del vuoto.

L'esistenza di una energia non nulla associata al vuoto è alla base dell'effetto Casimir, previsto nel 1947 e confermato sperimentalmente. Altri effetti derivanti dall'energia di punto zero sono la forza di Van der Waals, lo spostamento Lamb-Rutherford, la spiegazione dello spettro di radiazione di corpo nero di Planck, la stabilità dello stato fondamentale dell'atomo di idrogeno dal collasso radiativo, l'effetto delle cavità di inibire o aumentare l'emissione spontanea di fotoni dagli atomi eccitati e la radiazione di Hawking responsabile dell'evaporazione dei buchi neri.

Fonte: http://www.oloscience.com/10122.html

L'Energia del Vuoto ultima modifica: 2009-05-25T11:38:24+00:00 da Richard
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Richard

Noi siamo l’incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all’autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)