Можно ли брать энергию из вакуума КТП?

Недавно были вопросы о вакууме. В моем упрощенном знании вакуум подобен энергетическому уровню основного состояния, а также что могут даже существовать другие более низкие энергетические уровни, чем вакуум, в котором мы находимся. Море — это суп из созданных и аннигилированных пар виртуальных частиц с виртуальными энергиями и импульсы.

В обычном море на Земле, которое также представляет собой основное состояние воды, энергия может быть извлечена из случайных волн с помощью продуманной конструкции клапанов, которые позволяют воде двигаться только в одном направлении. Возможно ли найти устройство с аналогичной функцией для вакуумного моря, или это запрещено законами сохранения?

Моя интуиция подсказывает мне, что это возможно, если принять во внимание ОТО, но мои познания в физике не позволяют этого сделать.

Изменить : объяснение того, почему я задаю этот вопрос:

Позвольте мне расширить на примере моря. Энергия волн исходит либо от приливов, т.е. гравитационных сил, либо от ветра (перепадов температур). Если бы их не было, океаны были бы подобны стеклу, представляющему уникальное основное состояние гравитационного колодца Земли.

По аналогии, гравитационная волна, проходящая через вакуум, будет снабжать энергией вакуумное море.

Я думаю об этой аналогии с тех пор, как холодный синтез появился и отказывается умирать, самая последняя из которых также обсуждается здесь . С точки зрения ядерной физики эти утверждения кажутся абсурдными. Однако есть люди, которые считают, что они получают дополнительную энергию по сравнению с входной энергией, намного больше, чем могут дать химические реакции.

Это заставило меня задуматься об энергии вакуума и аналогии с получением энергии из моря. Кристалл является первым кандидатом для любого исследования таких концепций, и во всех «успешных» результатах холодного синтеза использовались кристаллы. Теперь, если эффект зависел от вакуума и от того, насколько он был искажен прохождением гравитационной волны во время эксперимента, или от точной ориентации кристалла, или от типа примесей в кристалле (F-центры и т. д.), то один ожидали бы получить случайные результаты, которые не могут быть воспроизведены другими экспериментаторами.

Конечно, это будет первое экспериментальное свидетельство гравитационных волн :).

Редактировать 20.07.12

Возможно, мне следует уточнить, что приемлемым отрицательным ответом будет ответ, основанный на законах сохранения. Я считаю, что данные превосходят теорию, и на очереди — законы сохранения, потому что они представляют собой дистилляцию огромного количества данных. Кажется, некоторые думают, что теоретические определения могут заменить доказательство в физике, но физические теории меняются, а достоверные данные — нет, и это физика, а не аксиоматическая математика.

Разве это не было бы очень похоже на демона Максвелла?
Если вакуум является основным состоянием, что значит иметь более низкое состояние? Аналогом будет значение меньше минимального. Также в интерпретации частиц, чему бы это соответствовало, отрицательному числу частиц?
@MBN взгляните на этот вопрос: physics.stackexchange.com/q/4313
Я посмотрел на это, но это не помогает моему замешательству. Что такое вакуумное состояние? Я думал, что это состояние, убитое всеми операторами аннигиляции. Что бы означало значение ниже?
@MBN Подумайте о разных потенциальных колодцах (представляющих, возможно, ядра). Наинизшее энергетическое состояние каждой потенциальной ямы может быть разным. Это называется основным состоянием для этого потенциала. Если это так, может быть туннелирование от более высокой энергии к другой более низкой энергии (хотя мой вопрос не об этом). Гипотеза состоит в том, что вакуум, в котором мы сидим, не уникален, и его может быть больше, с более низкой энергией основного состояния.
@MBN: в QFT вакуум не уникален, как и операторы уничтожения. Существуют унитарно неэквивалентные представления (соответствующие разным значениям вакуумного среднего). Я полагаю, это может быть то, о чем вопрос @anna; но я также немного смущен этим.
@Marek: я думал, что существует уникальный инвариантный вакуум Пуанкаре, но я ошибался. Даже с неуникальностью, разве это не вопрос выбора? Что означает, что одно состояние вакуума ниже другого?
@Marek Вопрос не в перекачивании энергии из разных вакуумов, хотя это могло бы быть связано, если бы, например, вакуум имел тип существования «принцип неопределенности». Вопрос касается сочетания КТП и гравитации. Будет ли гравитационная волна изменять уровень энергии вакуума по мере своего распространения во времени, чтобы энергия могла быть захвачена при ее прохождении, как в аналогии с морской волной.
@MBN: это не уникально. Это связано, например, со спонтанным нарушением симметрии: после нарушения система может выбирать из множества вакуумов (все они одинаково хороши, но отличаются некоторым вакуумным средним). Более того, в контексте квантовой гравитации возникает куча дополнительных проблем, так как нет глобальных координат и т.д... @anna: Понятно, это действительно интересно, но я понятия не имею, боюсь :)
если принять во внимание ОТО, каким должен быть вакуум?
@ Марек, хорошо, я тебе доверяю, это не уникально, но это не устраняет моего замешательства. Я могу понять, что такое неуникальный минимум, или что это зависит от выбора или другого, но меня беспокоит более низкая, чем минимальная часть. Во всяком случае, может быть, когда кто-то даст ответ, мне станет понятнее.
Существует также вероятность того, что мы живем в квазивакууме (локальный минимум) — см., например, нарушение метастабильной суперсимметрии. Но затем извлечение энергии из вакуума может привести к тому, что система перейдет в реальное минимальное состояние, что приведет к началу нового инфляционного периода, который уничтожит все, что мы знаем. Ветряные электростанции кажутся более безопасным вариантом :)

Ответы (7)

Ну, давайте будем честными здесь. На этот вопрос не предполагалось ответить с самого начала. Во-первых, мы не знаем, как смешивать квантовую механику и гравитацию . Для этого нет хорошей последовательной теории. Другое дело, что сегодня аналогия с «морем Дирака» считается не очень удачной. Это наивная картина до QFT. Наконец-то мы должны говорить о "волнах" в этом "море"... А само "море" - устаревшая аналогия... И все это в контексте несуществующей теории... Да ладно.. .

В настоящее время. На самом деле есть формальный способ ответить на вопрос, потому что вопрос касается « вакуума КТП ». И вакуум QFT имеет точное определение. Что в основном говорит о том, что это « то, от чего нельзя брать энергию ». На самом деле, мы начинаем с этого определения, чтобы построить QFT. Итак, ответ таков: « Вы не можете взять энергию из вакуума КТП по определению ».

Может быть, мы ошибаемся, если исходим из этого определения. Возможно, для квантовой гравитации нам нужна другая отправная точка. Но тогда это была бы не КТП — это была бы новая теория, предельным случаем которой будет КТП. И в диапазоне применимости QFT этот «формальный» ответ будет иметь место.

Смотрите мой комментарий к @ChrisGerig. Есть обсуждаемые теории, которые действительно имеют несколько вакуумов, КТП будет работать над одной из них, в настоящий момент той, в которой мы находимся. Я полагаю, что моя упрощенная аналогия с приливами должна дать интуицию.
«Это будет новая теория, предельным случаем которой будет КТП». Это то, что я изучаю с этим вопросом. «И в диапазоне достоверности QFT этот «формальный» ответ будет иметь место». У вас есть сильный аргумент, что вы знаете, как подойти к этому предельному случаю? Например, сверхпроводимость, квантовая механика в километровых масштабах, показывает, что не размерность определяет абсолютную границу между квантовой механикой и классической. Существует дополнительный компонент сложности объемной материи и ее различных откликов.
@ Костя, если ты немного расширишь свой последний абзац, я приму твой ответ. Я не согласен с ответом, выбранным установщиком вознаграждений. Это ответ не физика, а математика. Теория может быть красивой и полностью последовательной в своих определениях. Результаты могут согласовываться с данными до доступного предела измерений, но это не означает, что определения определяют природу, как это снова и снова показывает нам прогресс в физике. Именно в пределах применимости теории она может быть проверена против природы с неожиданными для теории результатами.
@annav Я попытался расширить свой последний абзац. Но я не могу. Мне просто действительно больше нечего сказать по этому поводу: что бы я ни пытался, я либо уже это сказал, либо не знаю, о чем говорю. Должен заметить, что я и здесь немного формален - отвечаю на вопрос . Я не участвую ни в каких дискуссиях или "исследованиях" или что-то в этом роде. Позвольте мне, наконец, подчеркнуть, что я против этого различия, которое вы проводите между «математиками» и «физиками». Интуиция великолепна. Но если рациональность говорит, что интуиция неверна — имейте мужество оставить ее.
Что ж, под «математиками» я подразумеваю людей, которые удовлетворены аксиоматической/самостоятельной теорией и предполагают, что, поскольку она соответствует определенному диапазону данных, она будет ab initio диктовать, что произойдет во всех диапазонах. Физик — это человек, который понимает, что (например) Стандартная модель работает очень хорошо (кстати, поздравляю с бозоном Хиггса), но открыт для возможностей, выходящих за рамки стандартной модели. Я выберу ваш ответ, потому что он достаточно близок. Мы расходимся только в том, существует ли окно возможностей на границе между возможными новыми теориями и КТП.

Нет, вы не можете взять энергию из вакуума, ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ.

Использование этой аналогии с «морем» является нонсенсом, потому что утверждение «вакуум — это море виртуальных частиц» также является двусмысленным утверждением, которое не следует понимать буквально.

Определение вакуума — это энергия основного состояния, и поэтому, если бы вы могли отнять у него энергию, то энергия вакуума была бы понижена, что противоречит тому факту, что он уже находится в самом низком возможном состоянии.

Это также является причиной того, что спонтанное поглощение не происходит с электронами/атомами (в то время как спонтанное излучение может происходить).

Я хочу указать, почему этот вопрос еще не закрыт:
ход мыслей Анны таков: «Ответ не удовлетворяет меня, потому что он зависит от определений, которые меняются по мере изменения теорий».
НО, сам вопрос зависит от определений ... вы не можете спросить о яблоках, а затем сказать: «Ну, может быть, они могут быть апельсинами». Если вы можете задать вопрос об «энергии» и «вакууме», то их необходимо определить.
Теперь я голосую за закрытие!

Энергия основного состояния — это энергия квантово-механической системы, потенциалы которой известны и решены. Он отличается для разных начальных настроек. Я говорю о чем-то вроде Теории Всего, которая в некоторых спекулятивных теориях действительно имеет несколько основных состояний.
ps Кстати, природа не следует определениям, их делают наблюдатели, и новые определения могут вытеснять или включать старые.
Пожалуйста, попробуйте мыслить нестандартно. Во время учебы в колледже меня учили теории поля, операторам рождения и уничтожения для ядерной физики. Вакуум был основным состоянием. Означает ли это, что нет других основных состояний, кроме этого ядерного? Основное состояние определяется принятыми потенциалами. Для этой теоретической модели поля ядерной физики потенциал не изменится в основном состоянии КЭД, за исключением, возможно, нейтронных звезд. Но теория, которая искажает пространство, если достаточно сильно, должна что-то добавлять к расчетам конкретных потенциалов.
То, что вы называете «нестандартным мышлением», полностью звучит как метафизика. Я апеллирую только к определениям.
Что ж, обычно физика завтрашнего дня прячется в сегодняшней метафизике, хотя я не считаю это метафизикой. Скорее на границе физики. Ваш ответ меня не удовлетворяет, потому что он говорит: это определения, не надоедайте мне фактами. Мы бы никогда не получили квантовую механику, если бы вопросы были остановлены текущими определениями.
Ответ меня не удовлетворяет, потому что он зависит от определений, которые меняются по мере изменения теорий. Вы хотите сказать, что гравитационные волны не несут энергию по «определению» и бесполезно пытаться их обнаружить?
Чтобы вы хоть с кем-то начали разговаривать, вы должны уточнить, что такое вакуум и что такое энергия, иначе ваш вопрос даже не имеет смысла, и никаких логических утверждений сделать нельзя! Поэтому, раз вы вводите слова «энергия» и «вакуум», то они априори имеют определение, которого должен придерживаться ваш вопрос. И на этот вопрос есть ответ... конец.
Но может быть и так, что из вакуума можно взять энергию локально, т.е. может быть состояние, которое имеет меньшую плотность энергии, чем вакуум в какой-то области, но полную энергию выше, чем вакуум. По крайней мере, это не противоречит определению вакуума.

Питер Милонни посвятил много работы этой области, я рекомендую эту книгу: «Квантовый вакуум ». последствия

расширение полей вокруг вакуума в гармонических модах с квантованной заселенностью мод допустимо только тогда, когда физика может быть справедливо аппроксимирована в терминах собственных мод вакуума (которые являются волновыми функциями регулярного поля). Конечно, когда есть специальные граничные условия, это не слишком сильно меняется, поскольку у нас все еще есть собственные моды (которые соответствуют граничной геометрии), но все еще можно говорить о популяциях частиц.

когда система (имеется в виду граничные условия) является динамической ( движущиеся зеркала или стенки сверхпроводника, движущиеся по фазе сверхпроводимости ), я не думаю, что есть авторитетный ответ о справедливости этих приближений. Короче говоря, можно было бы сказать много интересного о динамике вакуума, когда существует более дружественная среда для выполнения вычислений в высокодинамичных режимах.

Некоторое время назад я задал несколько уместный вопрос о стенках казимира, которые плавились и замерзали обратно с колебательным поперечным магнитным полем .

извините, я не рассматриваю ваш более широкий вопрос о том, какие важные вещи меняются при учете GR. Надеюсь, кто-то более знающий в этом вопросе найдется.

-1: Это чепуха. Вы не можете взять энергию из вакуума, и это законы сохранения.
@ Рон, в ОТО нет такого понятия, как закон сохранения энергии.
ты не занимаешься ГР.
Эффекты ОТО должны проявляться локально как неравновесные граничные условия, поэтому мой ответ пытался указать на эти моменты.
Эффекты ОТО не проявляются локально --- отсутствие сохранения в ОТО может быть связано с попаданием нового материала в область в космологических масштабах или выходом из нее. Сохранение энергии в КТП-вакууме — это факт, и невозможно выкачать энергию, если только вакуум не нестабилен, а затем вы разрушаете всю вселенную, туннелируя в более низкое энергетическое состояние.
@RonMaimon, то, что вы говорите, делает тревожное предположение о том, что подсистема с отрицательной энергией имеет более высокую вероятность распада до еще более низких состояний, чем возбуждение до более высоких энергетических состояний окружающими состояниями (например, вакуум с нулевой энергией). Очень мало экспериментальных свидетельств, которые мы имеем для переходных систем с отрицательной энергией, показывают, что они быстро распадаются вверх, а не вниз.
Неправильный. Какие экспериментальные данные? Сила Казимира? Это привлекательно и стремится сделать энергию более негативной.
Lurscher Спасибо, вы напомнили, насколько мы зависим от гармонического осциллятора и ни один закон не говорит, что все потенциалы являются гармоническими осцилляторами. Причина его повсеместного распространения — математическая: потенциал гармонического осциллятора — это первый член разложения любого симметричного потенциала.

Теоретически вакуумное состояние КТП изотропно и инвариантно для всех наблюдателей, как основа всех лестничных операторных алгебр. У него нет никаких особенностей, кроме колебаний. Следовательно, вы не можете извлечь из него больше энергии.

На практике извлечение энергии из вакуума не только возможно, но и уже достигнуто в лабораторных условиях с помощью оптических параметрических усилителей (НОПУ); они используются для сжатия входного света, но когда на входе ничего нет, выход представляет собой поле, имеющее более низкое среднее стандартное отклонение энергии, чем нормальный вакуум в диапазоне частот, где работает усилитель. Если приписать нормальному вакууму нулевую энергию, то это поле «сжатого вакуума» должно иметь отрицательную энергию.

Конечно, давайте совершенно ясно, что этот механизм не может быть использован для извлечения полезной энергии, так как энергия, затрачиваемая на накачку усилителей, значительно превышает все, что вы могли бы извлечь.

«В теории теория и практика одинаковы. На практике их нет». - Альберт Эйнштейн

Концепция сжатия на самом деле НЕ превосходит «стандартный квантовый предел», потому что, хотя она сжимает одну переменную, другая каноническая переменная увеличивается.
@ChrisGerig, «он сжимает одну переменную, а другая каноническая переменная увеличивается», это правильно. Но не забывайте, что вы можете выбирать, какие канонические переменные использовать. В большинстве экспериментальных установок в качестве переменных выбираются зависимости амплитуды от фазы. В этом случае сжатый по амплитуде вакуум имеет меньшие амплитудные флуктуации, что означает меньшую среднюю энергию
@ChrisGerig, однако, существует обоснованный критический подход, если мы примем, что должна соблюдаться какая-то форма квантовых неравенств, тогда области с отрицательной энергией должны быть сверхкомпенсированы областями с дополнительной положительной энергией, поэтому даже усредненная по времени плотность энергии неотрицательна или усредненная по пространству плотность энергии неотрицательна, но не одновременно

Было предложено использовать силу Казимира и метаматериалы для создания вакуумного экстрактора энергии. Сила Казимира, приложенная к параллельным пластинам из «нормального» материала, толкает пластины наружу и внутрь для метаматериалов. Не знаю, проверена ли идея.

http://physicsworld.com/cws/article/news/2007/may/02/casimir-force-could-drive-tiny-ratchets

Основное состояние (=вакуум) является собственным состоянием гамильтониана системы. Волновая функция уникальна, энергетической неопределенности не существует. В этом смысле нет колебаний энергии для сбора урожая. «Флуктуации» существуют для некоммутирующих с гамильтоновыми переменными, но их нельзя использовать для получения некоторой энергии по причине, указанной выше.

В ОТО энергия не сохраняется и это не связано с вакуумом.

Редактировать: в тепловых машинах пытаются увеличить разницу температур Т час о т − Т с о л г для повышения эффективности машины. Вакуум — самое холодное тело из когда-либо известных. Так что КПД пылесоса не может быть больше нуля.

Ваша последняя фраза - суть дела. Почему бы общей теории относительности не создавать флуктуации в вакууме, в TOE?
Потому что ОТО не является уникальной теорией гравитации. Существуют теории, совместимые с плоским пространством-временем с законами сохранения энергии/импульса.
Это, конечно, не тепловая машина. @Vladimir, система комментариев не принимает ваше имя в начале комментария!!

Вакуумное состояние обладает свойством, называемым пассивностью, что означает, что любая локальная операция над вакуумным состоянием не извлекает, а вводит энергию в систему. Отсюда следует, что энергия не может быть извлечена из вакуума только локальными операциями. Однако, если мы используем локальные операции и классическую связь (LOCC), часть нулевой энергии вакуумного состояния может быть извлечена. Схема называется квантовой энергетической телепортацией. Более подробная информация доступна в Википедии и в обзорной статье Хотты, которая впервые предложила эту концепцию: http://www.tuhep.phys.tohoku.ac.jp/~hotta/extended-version-qet-review.pdf .

Можно ли брать энергию из вакуума КТП?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v