Năng lượng tiêu cực là gì?

Trong khi nhiều người biết năng lượng tiêu cực để đề cập đến chi tiêu cực, hào quang tiêu cực hoặc năng lượng bất lợi khác mà một người phát ra, thuật ngữ này cũng có một định nghĩa khoa học.Dựa trên nguyên tắc không chắc chắn của Heisenberg, năng lượng tiêu cực phải làm với sự dao động vốn có trong năng lượng tồn tại trong bất kỳ từ trường hoặc năng lượng nào.Hình thức của vật chất kỳ lạ này là một lực lượng rất khó đoán đã được chứng minh là tồn tại giữa các lĩnh vực năng lượng bằng không.Mặc dù khó xác định, loại năng lượng này được suy đoán tồn tại ở bờ vực của các lỗ đen, và đã được trích dẫn là điều kiện tiên quyết cần thiết cho việc du hành thời gian của Stephen Hawking.

Khái niệm về năng lượng tiêu cực được đề xuất bởi nhà vật lý người Anh Paul Adrien MauriceDirac vào năm 1928, là một thành phần của phương trình Dirac.Phương trình này được thiết kế phù hợp với các tiêu chuẩn tương đối đặc biệt.Trong phương trình này, Dirac đã mô tả làm thế nào các trạng thái lượng tử năng lượng tích cực sẽ được bù đắp bằng năng lượng tiêu cực.Nói chung, hai loại năng lượng này sẽ cân bằng lẫn nhau.Do đó, một dạng năng lượng tiêu cực thường không phải là một hiện tượng quan sát được.Tuy nhiên, trong trường hợp của một khoảng trống thuần túy, các trạng thái năng lượng tiêu cực sẽ được biểu thị cho tất cả các nguyên tử trong chân không trong khi không có trạng thái năng lượng tích cực nào được thể hiện.Khái niệm này được gọi là Biển Dirac.Về mặt lý thuyết, một lỗ có thể phát triển ở biển Dirac nếu tia gamma đi lạc va chạm với các electron trong trạng thái tiêu cực của năng lượng, do đó chuyển nó thành một electron tích điện dương.Một lỗ hổng như vậy ở biển Dirac sẽ hoạt động theo cách đối diện của electron nguyên bản, điện tử tiêu cực.Các electron điện tích dương mới sẽ là một ví dụ về phản vật chất.Do đó, không nên nhầm lẫn với một trạng thái năng lượng tiêu cực. Vào năm 1948, nhà vật lý người Hà Lan Hendrick Casimir dự đoán rằng một lực nhỏ hấp dẫn có thể tồn tại giữa hai tấm không tích điện, song song trong chân không.Nếu các tấm nghỉ ngơi cực kỳ gần nhau, năng lượng âm được tạo ra do số lượng sóng điện từ giữa hai tấm trở nên ít hơn so với không gian xung quanh.Về bản chất, một trạng thái tiêu cực của năng lượng trở nên hiện diện khi các bước sóng của các hạt trong một vùng không gian nhất định ít hơn những gì thường có thể được đo.Dự đoán casimirs đã được quan sát thấy trong hai thí nghiệm riêng biệt.Thí nghiệm đầu tiên xảy ra vào năm 1958, và được M. J. Sparnaay giám sát.Nó tạo ra kết quả phù hợp với lý thuyết casimirs.Thí nghiệm thứ hai, của Steve K. Lamoreaux, được thực hiện vào năm 1997. Thay vì sử dụng hai tấm trong thí nghiệm, Lamoreaux kết hợp một tấm duy nhất với một tấm khác là một phần của một quả cầu gần như chính xác.Thí nghiệm này cũng xác nhận dự đoán Casimirs.Mặc dù các trạng thái năng lượng tiêu cực có thể không thể quan sát được, nhưng chúng đã được chứng minh cả về mặt lý thuyết cũng như bằng phương pháp thí nghiệm.