Potremmo mai sfruttare l'energia del vuoto quantistico?

di Paul M. Sutter, (Universe Today)

Il tessuto dello spaziotempo è attraversato da incessanti fluttuazioni di campi quantistici, note come energia del vuoto. 

È proprio lì, ovunque guardiamo. Ma potremo mai ricavarne qualcosa?

Possiamo persino calcolare l'intensità di questa energia del vuoto. Quando applichiamo le leggi della meccanica quantistica per determinare quanto vibrano i campi in condizioni di isolamento, otteniamo... l'infinito.

Esatto: una quantità infinita di energia riempie ogni singola porzione dello spaziotempo. Questo perché non esiste alcun limite al numero di vibrazioni che questi campi possono presentare.
Vibrazioni piccole, medie e grandi si verificano simultaneamente in ogni campo quantistico...

Aspetta, aspetta: come possono i campi possedere un'energia infinita e avere comunque altra energia disponibile per produrre particelle?

Per rispondere a questa domanda possiamo ricorrere a un ingegnoso esperimento ideato dal fisico olandese Hendrik Casimir.

Se prendiamo due piastre metalliche e le avviciniamo moltissimo tra loro, i campi quantistici compresi tra le due piastre devono comportarsi in un determinato modo. Le lunghezze d'onda delle loro vibrazioni devono adattarsi perfettamente allo spazio tra le piastre, proprio come le vibrazioni di una corda di chitarra devono avere lunghezze d'onda compatibili con la lunghezza della corda. Nel caso quantistico, tra le piastre esiste comunque un numero infinito di vibrazioni, ma queste sono meno numerose rispetto alle infinite vibrazioni presenti all'esterno delle piastre.

Grazie ad alcuni ingegnosi passaggi matematici, possiamo sottrarre i due tipi di infinito e arrivare a un numero finito. Ciò significa che all'esterno delle due piastre si verificano effettivamente più vibrazioni quantistiche che al loro interno. Da questo deriva la conclusione che i campi quantistici esterni spingono le due piastre l'una verso l'altra: un fenomeno chiamato effetto Casimir. Possiamo misurare questo effetto e verificare che i campi quantistici esistono realmente.

Tutta questa teoria e questi risultati sperimentali conducono a una conclusione sorprendente. Tutta la fisica del mondo, ogni interazione, ogni processo e ogni azione si svolgono su uno scenario riempito da una quantità infinita di energia del vuoto. 

Per quanto questa rappresentazione possa sembrare strana, è il risultato di decenni di ricerche sulla teoria quantistica.

Al momento non abbiamo alcun modo di accedere a questa energia e di utilizzarla per scopi pratici

Questo perché rappresenta lo stato energetico più basso dell'universo.

Per compiere un lavoro occorrono differenze di energia: bisogna prelevare energia da un luogo, trasformarla e trasferirla altrove.

Non possiamo attingere all'energia del vuoto perché non esiste uno stato energetico inferiore verso cui essa possa fluire.

È come cercare di far scendere un ascensore oltre il livello più basso di un edificio: si ferma al piano terra perché al di sotto non ci sono altri piani.

Nel caso dell'effetto Casimir, abbiamo dovuto immettere energia nel sistema per avvicinare inizialmente le piastre. Quando queste cominciano a muoversi, non facciamo altro che recuperare l'energia che avevamo impiegato, senza ottenere alcun guadagno netto nella produzione di energia.

Nell'universo della fantascienza esistono numerose idee che propongono di utilizzare l'energia del vuoto per alimentare un'astronave o altri sistemi di propulsione avanzati. Sebbene queste idee siano in contrasto con le leggi della fisica attualmente consolidate, dobbiamo ammettere che non comprendiamo ancora pienamente tutta la fisica... e in particolare l'energia del vuoto. Il più grande indizio che qualcosa non quadri nei nostri modelli non riguarda le scale subatomiche, bensì quelle cosmiche.

Alla fine degli anni Novanta, gli astronomi scoprirono che l'espansione dell'universo sta accelerando. La spiegazione più semplice di questa espansione accelerata è proprio l'energia del vuoto dell'universo. Tuttavia, poiché possiamo misurare il tasso di espansione, possiamo utilizzarlo per stimare la quantità totale di energia del vuoto. Il risultato è circa 6 × 10⁻¹⁰ joule per ogni metro cubo di spazio.

Questo... non è infinito.

E qui sorge un problema.
Da una parte abbiamo una serie di calcoli, previsioni e misurazioni su scala subatomica che ci dicono che esiste una quantità infinita di energia del vuoto. Dall'altra abbiamo una misurazione cosmica che indica che la quantità di energia del vuoto è in realtà estremamente piccola.

Che cosa sta succedendo?

Non ne abbiamo idea. È uno dei più grandi problemi ancora irrisolti della fisica moderna. Se vogliamo trovare un modo per sfruttare l'energia del vuoto, dobbiamo prima capire che cosa sia realmente. Qualunque cosa scopriremo ci porterà a nuovi tipi di fisica, e chissà quali nuove possibilità potranno aprirci queste scoperte.

da Universe Today

Tradotto da Catherine
Fonte: phys.org/news