Energia vidului, utilizată în levitaţie

Experienţele zilnice nu ne oferă o reprezentare corectă a ceea ce ar putea însemna cuvântul „gol“ sau „vid“. Adesea, privind o cameră în care nu se află nici un obiect sau un pahar în care nu se află nimic, spunem că sunt goale. În realitate, însă, ambele sunt pline cu aer. Aceasta se vede mai ales în vecinătatea unui foc, să spunem, unde flacăra încălzeşte aerul şi deformează imaginea de dincolo de ea.

Un centimetru cub din aerul pe care îl respirăm conţine de o sută de ori mai multe molecule decât numărul tuturor secundelor scurse până acum în întreaga istorie a universului. Ceea ce nouă ne apare ca fiind gol, nu este nici pe departe aşa. În realitate, spaţiul gol este cu adevărat imposibil de obţinut în laborator.

Aerul atmosferei are o densitate de 1.019 atomi/cm3, vidul obţinut în mod obişnuit, să spunem, în laborator, are până la 104 atomi/cm3. Nici în cele mai bune incinte vide, în laborator, nu s-a reuşit scoaterea tuturor atomilor dintr-un centimetru cub! Spaţiul interplanetar are o densitate de 10 atomi/cm3, în timp ce în spaţiul interstelar numărul de atomi este estimat la 0,5 atomi/cm3. În zonele intergalactice, însă, densitatea scade până la un singur atom în 10 metri cubi.

Vidul este plin de energie

Dar, dacă totuşi, dintr-o incintă, scoatem orice formă de materie sau radiaţie, teoria spune că ceea ce rămâne înăuntru sunt fluctuaţiile de energie. Când totul este scos dintr-o regiune din spaţiu, golul care rămâne este numit de către fiziceni stare fundamentală. Pe de altă parte, de acum celebrul principiu al incertitudinii al lui Heisenberg arată că, la nivelul microcosmosului, energia nici unui sistem cuantic nu poate fi cunoscută în mod precis, pentru un moment precis de timp. Pe măsură ce se restrânge tot mai mult intervalul de timp al unei observaţii, energia oricărui sistem cuantic poate fi din ce în ce mai puţin precizată. Dar, aceasta înseamnă de fapt că energia stării fundamentale nu este niciodată zero. Spaţiul gol ar trebui înţeles ca fiind umplut cu fluctuaţii energetice ce nu încetează niciodată.

De ce corăbiile prea apropiate se atrag?

În sprijinul unei mai bune înţelegeri a acestei extraordinare caracteristici a lumii în care trăim, se poate face o menţiune din prima jumătate a secolului al XIX-lea. Marinarii din acea vreme cunoşteau un fenomen asemănător. Ei erau avertizaţi că, în condiţiile în care nu este vânt, dacă se instalează o hulă puternică, două corăbii situate în paralel şi apropiate una de cealaltă sunt în pericol, întrucât o forţă de atracţie le va apropia.

Ce forţă misterioasă ar putea să apropie corăbiile între ele? Fiecare val care loveşte corabia este absorbit de corabie şi emis înapoi în apă, tot aşa cum undele pe care o piatră aruncată în apă le face pe suprafaţa ei, se întorc când ating un mal apropiat, întretăindu-se cu celelalte. Corabia primeşte, la fel ca şi malul, valurile mării din toate direcţiile şi le emite înapoi. Fiecare dintre aceste unde, valuri, atunci când loveşte corabia şi când este emis înapoi, în apă, produce o mică împingere corabiei. Or, chiar „trenul de unde“ primit şi emis de fiecare corabie are, până la urmă, acest efect surprinzător de a împinge corăbiile una spre alta!

În fâşia de apă dintre corăbii, undele ce vin dinspre o corabie spre cealaltă sunt anulate de cele ce vin dinspre cealaltă corabie. Valurile acestea, dintre corăbii, lovesc fiecare corabie în parte şi sunt emise înapoi pe suprafaţa apei dintre corăbii, tinzând să îndepărteze corăbiile una de cealaltă. Însă, multe dintre undele emise de fiecare dintre corăbii, întâlnindu-se cu cele emise de cealaltă în fâşia îngustă de apă ce le separă, se vor întretăia şi se vor anula reciproc. Pe de altă parte, pe feţele opuse ale corăbiilor lucrurile se petrec la fel. Şi pe părţile acestea, corăbiile sunt lovite de valuri, emiţând undele înapoi, în larg. Însă, pe aceste părţi situate nu între corăbii, ci în afară, undele trimise în larg de fiecare dintre ele nu se mai anulează. Prin urmare, vor fi mai multe valuri ce pleacă dinspre corăbii spre exterior pe feţele acestea, decât cele trimise una către cealaltă în spaţiul strâmt dintre ele. Valurile făcute „în afara“ corăbiilor vor fi mai multe decât cele dintre ele. Aceasta înseamnă că valurile din afară vor împinge mai mult corăbiile una spre alta, decât vor putea cele dintre ele să le îndepărteze una de cealaltă.

Energia vidului

Într-un mod asemănător se petrec lucrurile şi cu fluctuaţiile de energie ale stării fundamentale. Dacă într-o incintă fără radiaţii sau particule, în vid, sunt plasate două plăcuţe din argint, la distanţe foarte apropiate una de cealaltă, ele vor fi împinse una spre cealaltă ca şi cum s-ar atrage între ele. Acesta este efectul Casimir, după numele fizicianului Hendrik Casimir, care a prezis, în 1948, acest efect. Experimental, cu dispozitive adecvate, chiar s-a putut dovedi că cele două plăcuţe se atrag între ele! De fapt, energia de vacuum tinde să le împingă una spre cealaltă. În anul 1995, printr-un experiment strălucit, s-a măsurat chiar intensitatea cu care energia vidului împinge plăcuţele una spre cealaltă, rezultatul fiind în acord cu predicţiile teoriei.

Ce fluctuează, de fapt, în vid?

Fluctuaţiile stării fundamentale sunt reprezentate astăzi în forma unor perechi particulă-antiparticulă, care apar şi dispar ca excitaţii ale câmpurilor. Ele arată că vidul însuşi trebuie înţeles ca fiind plin de energie, de energia de vid - energia de vacuum sau energia stării fundamentale. „Spaţiul care ne înconjoară este populat cu un număr inimaginabil de particule-fantomă, care apar şi dispar într-un ritm frenetic. Spaţiul dintr-un cubuleţ cu latura de un cm poate conţine până la 100 de miliarde de miliarde (1030) de electroni virtuali“. (Trinh Xuan Thuan, „Melodia Secretă. Şi omul a creat Universul“, XXI: „Eonul Dogmatic“, p. 140)

Lumea infinitului mic este, aşadar, o lume deschisă: particulele pot apărea sau dispărea fără vreun suport aparent, afară de vidul cuantic. Sunt multe motive întemeiate pentru a considera energia vidului un concept cu adevărat revoluţionar, chiar şi numai pentru faptul că el se situează într-o discrepanţă evidentă cu reprezentările noastre despre lume şi cu tradiţia filosofică milenară potrivit căreia „nimic nu poate fi creat din nimic“. Vidul nu este gol, ci plin de energie.

Energia de vid şi levitaţia

În 8 ianuarie 2009, au fost date publicităţii primele rezultate efectuate de cercetători de la Universitatea Harvard, care au reuşit obţinerea levitaţiei la scară microscopică. Experimentul pus la punct de cercetători utilizează energia de vid care apare între micro-suprafeţe construite din materiale cu anumite caracteristici electromagnetice, într-un mediu cu proprietăţi electrice speciale. Combinând într-un mod ingenios toate aceste caracteristici, cercetătorii au reuşit să obţină un efect de respingere între micro-suprafeţe, practic un efect de levitaţie la scară moleculară. Rezultatul este deosebit de semnificativ, eliminarea fricţiunii dintre suprafeţe putând avea multe aplicaţii în construcţia unor dispozitive microscopice sau în domeniul nanotehnologiilor.