انرژی نقطه صفر

انرژی نقطه صفر ( ZPE ) ( به انگلیسی: zero - point energy ) کم ترین انرژی ممکنی است که یک سیستم مکانیکی کوانتومی می تواند داشته باشد. برخلاف مکانیک کلاسیک، سیستم های کوانتومی دائماً در کمترین حالت انرژی خود بر اساس اصل عدم قطعیت هایزنبرگ در نوسان هستند ( مثالی که درپاراگراف بعدی در ادامه مقاله آمده را برای فهم رابطه بین اصل عدم قطعیت و انرژی نقطه صفر مطالعه کنید ) . مانند اتمها و مولکولها، فضای خالی خلاء نیز این خصوصیات را دارد و مثلاً ذراتی مرتباً در آن ایجاد شده و از بین می روند که به این پدیده نوسان کوانتومی می گویند. طبق نظریه میدان های کوانتومی، می توان جهان را نه به عنوان ذرات جدا از هم، بلکه به عنوان میدان هایی که لحظه ای از نوسان نمی ایستند تصور کرد: میدان های ماده، که کوآنتای آنها فرمیون ها هستند ( به عنوان مثال لپتون ها و کوارک ها ) و میدان های نیرو که کوآنتای آنها بوزون ها هستند ( مانند فوتون ها و گلئون ها ) . تمام این میدان ها انرژی صفرنقطه دارند. این میدان های نوسان نقطه صفر منجر به نوعی بازگشت به مفهوم اتر در فیزیک می شوند مفهومی که پس از آزمایش مایکلسون و مورلی کنار گذاشته شده بود. برخی سیستم ها می توانند وجود این انرژی را حتی در خلأ تشخیص دهند. با این حال این اتر را نمی توان به عنوان یک محیط فیزیکی تصور کرد که در این صورت هیچ گونه تضادی با نظریه نسبیت خاص انیشتین نخواهد داشت.
برای مثال انرژی الکترون نمی تواند صفر شود، اما الکترون باید یک انرژی نقطه صفر داشته باشد. به مانند گاری غلتانی که روی یک ریل و میان یک دره واقع شده است. طبق فیزیک کلاسیک این گاری در نهایت از حرکت کاملاً بازمی ایستد و برای همیشه در پایین ترین نقطه دره ( کمترین میزان انرژی ) می ماند، مگر نیرویی بر آن وارد شود. اگر در مکانیک کوانتومی الکترون همان گاری فرض شود، طبق اصل عدم قطعیت نمی تواند کاملاً از حرکت بازایستد، در صورت توقف کامل، مکان و اندازه حرکت به صورت همزمان بدست می آید اما عدم قطعیت اجازهٔ چنین اتفاقی را نمی دهد. بر اساس مکانیک کوانتومی، الکترون در نزدیکی ته دره در جنب و جوش خواهد بود و هرگز آرام نخواهد گرفت. این حرکت همیشگی، جنبش نقطه صفر نام دارد. به این شکل، انرژی الکترون نیز نمی تواند صفر بشود، اما دارای انرژی کمینه ای است که به آن انرژی نقطه صفر می گویند. [ ۱]
اثر کاسیمیر شرح می دهد که چگونه نوسانات کوانتومی، یک نیروی جذاب بین دو سطح جدا شده توسط یک خلأ ایجاد می کند.