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. ¿O lo tiene? ¿Todavía es posible extraer energía incluso del espacio vacío?

La física cuántica ha demostrado una y otra vez que contradice nuestra intuición, que también es cierto en este caso. Bajo ciertas condiciones, se permiten energías negativas, al menos en un cierto rango de espacio y tiempo. Un equipo de investigación internacional en la TU de Viena, la Université libre de Bruxelles (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 se mantienen en el universo, siempre hay ciertos límites para "tomar prestada" energía. En la zona, la energía puede ser menor que cero, pero como dinero prestado de un banco, esta energía debe ser "devuelta" al final.

Gravedad repulsiva

"En la teoría de la relatividad general, solemos asumir que la energía es mayor que cero, en todo momento y en todo el universo, ", dice el profesor Daniel Grumiller del Instituto de Física Teórica de la TU Wien (Viena). Esto tiene una consecuencia muy importante para la gravedad:la energía está ligada 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 unas a otras, pero con masa negativa, la gravedad podría convertirse repentinamente en una fuerza repulsiva.

Teoría cuántica, sin embargo, permite energía negativa. "Según la física cuántica, es posible tomar prestada energía de un vacío en un lugar determinado, como dinero de un banco, "dice Daniel Grumiller." Durante mucho tiempo, ahora no sabíamos sobre el monto máximo de este tipo de crédito energético y sobre las posibles tasas de interés que hay que pagar. Se han publicado varias suposiciones sobre este "interés" (conocido en la literatura como "Interés cuántico"), pero no se ha acordado ningún resultado global.

La llamada "condición de energía nula cuántica" (QNEC), que fue probado 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 rango determinado y solo durante un tiempo determinado. Cuanta energía puede ser
prestado de un vacío antes de que se haya agotado el límite de crédito energético depende de una cantidad física cuántica, la llamada entropía de entrelazamiento.

"En cierto sentido, La entropía de entrelazamiento es una medida de la fuerza con la que el comportamiento de un sistema está gobernado por la física cuántica, ", dice Daniel Grumiller." Si el entrelazamiento cuántico juega un papel crucial en algún punto del espacio, por ejemplo cerca del borde de un agujero negro, entonces puede ocurrir un flujo de energía negativa durante un cierto tiempo, y las energías negativas se vuelven posibles en esa región ".

Grumiller pudo ahora generalizar estos cálculos especiales junto con Max Riegler y Pulastya Parekh. Max Riegler completó su disertación en el grupo de investigación de Daniel Grumiller en la TU Wien y ahora trabaja como postdoctorado en Harvard. Pulastya Parekh del IIT en Kanpur (India) fue invitada en el Instituto Erwin Schrödinger y en la TU Wien.

“Todas las consideraciones anteriores siempre se han referido a teorías cuánticas que siguen las simetrías de la Relatividad Especial. Pero ahora hemos podido demostrar que esta conexión entre energía negativa y entrelazamiento cuántico es un fenómeno mucho más general, "dice Grumiller. Las condiciones energéticas que claramente prohíben la extracción de cantidades infinitas de energía del vacío son válidas para teorías cuánticas muy diferentes, independientemente de las simetrías.

La ley de la conservación de la energía no puede ser burlada

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. "El hecho de que la naturaleza permita una energía menor que cero durante un período de tiempo determinado en un lugar determinado no significa que se viole la ley de conservación de la energía, "enfatiza Daniel Grumiller." Para permitir los flujos de energía negativa en un lugar determinado, debe haber flujos de energía positiva compensatoria en las inmediaciones ".

Incluso si el asunto es algo más complicado de lo que se pensaba anteriormente, la energía no se puede obtener de la nada, aunque puede volverse negativo. Los resultados de la nueva investigación ahora imponen límites estrictos a la energía negativa, conectándolo así con las propiedades por excelencia de la mecánica cuántica.