¿Es posible tomar prestada energía del espacio vacío? Y si es así, ¿tenemos que devolverla? Se permiten valores de energía menores que cero, al menos dentro de ciertos límites.

Un equipo internacional de investigadores de la Universidad de Viena, la Universidad Libre de Bruselas (Bélgica) y el IIT Kanpur (India) han investigado hasta qué punto es posible la energía negativa. Resulta que no importa qué teorías cuánticas se consideren, no importa qué simetrías se suponga que existen en el universo, siempre hay ciertos límites para «tomar prestada» energía.

La energía prestada debe ser devuelta

A nivel local, la energía puede ser inferior a cero, pero al igual que el dinero prestado de un banco, esta energía debe ser «devuelta» al final.

La energía es una cantidad que siempre debe ser positiva, al menos eso es lo que nos dice nuestra intuición. Si cada partícula se elimina de un cierto volumen hasta que no quede nada que pueda transportar energía, entonces se ha alcanzado un límite. ¿Todavía es posible extraer energía incluso del espacio vacío?

El vacío es más complicado de lo que podríamos pensar, según la física cuántica. Crédito: TU Wien

La física cuántica ha demostrado una y otra vez que contradice nuestra intuición, y esto también es cierto en este caso. Bajo ciertas condiciones, se permiten energías negativas, al menos en un cierto rango de espacio y tiempo.

Daniel Grumiller, profesor del Instituto de Física Teórica de la de la Universidad de Viena, dijo en un comunicado de prensa:

En la teoría de la relatividad general, generalmente asumimos que la energía es mayor que cero, en todo momento y en todas partes del universo”.

Consecuencias para la gravedad

Esto tiene una consecuencia muy importante para la gravedad: la energía está vinculada a la masa a través de la fórmula E = mc². Por lo tanto, la energía negativa también significaría masa negativa. Las masas positivas se atraen entre sí, pero con una masa negativa, la gravedad podría convertirse repentinamente en una fuerza repulsiva.

La teoría cuántica, sin embargo, permite la energía negativa.

Grumiller dijo en un comunicado:

Según la física cuántica, es posible tomar prestada energía de un vacío en un lugar determinado, como el dinero de un banco”.

Durante mucho tiempo, no sabíamos sobre la cantidad máxima de este tipo de crédito de energía y sobre las posibles tasas de interés que deben pagarse. Se han publicado varios supuestos sobre este «interés» (conocido en la literatura como «interés cuántico»), pero no se ha acordado ningún resultado integral.

Límites al «préstamo» de energía

La llamada «Quantum Null Energy Condition» (QNEC) (o «Condición de energía nula cuántica»), que se probó en 2017, prescribe ciertos límites para el «préstamo» de energía al vincular la teoría de la relatividad y la física cuántica: por lo tanto, se permite una energía menor que cero, pero solo en un cierto rango y solo por un cierto tiempo. La cantidad de energía que se puede tomar prestada de un vacío antes de que se agote el límite de crédito energético depende de una cantidad física cuántica, la llamada «entanglement entropy» («entropía de enredo»).

Daniel Grumiller dijo en un comunicado:

En cierto sentido, la entropía de enredo es una medida de qué tan fuertemente el comportamiento de un sistema está gobernado por la física cuántica. Si el enredo cuántico juega un papel crucial en algún punto del espacio, por ejemplo, cerca del borde de un agujero negro, entonces puede producirse un flujo de energía negativo durante un cierto tiempo, y las energías negativas se vuelven posibles en esa región.

Todas las consideraciones anteriores siempre se han referido a las teorías cuánticas que siguen las simetrías de la relatividad especial. Pero ahora hemos podido demostrar que esta conexión entre la energía negativa y el entrelazamiento cuántico es un fenómeno mucho más general”.

Las condiciones de energía que claramente prohíben la extracción de cantidades infinitas de energía de un vacío son válidas para teorías cuánticas muy diferentes, independientemente de las simetrías.

Por supuesto, esto no tiene nada que ver con las místicas «máquinas de sobreunidad» que supuestamente generan energía de la nada, ya que se presentan repetidamente en círculos esotéricos.

Grumiller dijo:

El hecho de que la naturaleza permita energía menor que cero durante un cierto período de tiempo en un lugar determinado no significa que se viole la ley de conservación de la energía. Para permitir flujos de energía negativos en un lugar determinado, debe haber flujos de energía positivos compensadores en las inmediaciones”.

Incluso si el asunto es algo más complicado de lo que se pensaba anteriormente, la energía se puede obtener de la nada, aunque puede volverse negativa. Los nuevos resultados de la investigación ahora ponen límites estrechos a la energía negativa, conectándola con las propiedades por excelencia de la mecánica cuántica.

El estudio científico ha sido publicado en Physical Review Letters.

Fuente: Message to Eagle