Jika kita entah bagaimana berhasil menghapus semuanya dari sebuah kotak, kotak itu tidak akan benar-benar kosong. Tidak, Kucing Schrödinger tidak akan ada di sana. Akan selalu ada apa yang oleh para fisikawan disebut Energi Titik Nol.
Bayangkan kita bermaksud mengosongkan sebuah kotak. Benar-benar kosongkan sepenuhnya. Menghapus semua konten terlihatekstrak gas apa pun dan, dengan menerapkan beberapa teknologi fiksi ilmiah, evakuasi bahan apa pun yang tidak terlihatseperti materi gelap.
Jadi, menurut mekanika kuantum, atau apa yang tersisa tidak ada di dalam?
Sepertinya pertanyaan yang rumit. Dan dalam mekanika kuantum, Anda pasti mengharapkan jawaban yang rumit. Bukan hanya kotaknya masih penuh energiseperti segala upaya untuk mengosongkannya mereka nyaris tidak mengurangi kuantitasnya yang ada.
Residu yang tak terhindarkan ini dikenal sebagai energi keadaan dasaratau energi titik nol. Disajikan di dua bentuk dasar: yang di dalam kotak diasosiasikan dengan medan, seperti medan elektromagnetik, dan yang lainnya diasosiasikan dengan objek diskrit, seperti atom dan molekul.
Bisakah kita melemahkan getaran suatu bidangnamun kami tidak dapat menghilangkan semuanya jejak kehadiranmu. Dan atom serta molekul tetap mempertahankan energi meskipun didinginkan mendekati nol mutlak. Dalam kedua kasus tersebut, fisika dasarnya sama.
Energi titik nolnya adalah karakteristik struktur material apa pun atau benda yang setidaknya dibatasi sebagian, seperti atom yang ditahan oleh medan listrik dalam suatu molekul, jelas fisikawan dan penulisnya George Musser dalam sebuah artikel di Majalah Kuanta.
Situasinya adalah mirip dengan bola yang berada di dasar lembah. Energi total bola terdiri dari energi potensial (berhubungan dengan posisi) ditambah energi kinetik (berhubungan dengan gerakan).
Untuk membatalkan kedua komponenkita harus memberikan nilai yang tepat pada posisi benda dan kecepatannya, sesuatu yang dilarang oleh terkenal Prinsip ketidakpastian Heisenberg.
Apa yang diungkapkan oleh keberadaan energi titik nol kepada kita pada tingkat yang lebih dalam pada akhirnya bergantung pada interpretasi mekanika kuantum yang kami adopsi.
Satu-satunya hal yang tidak dapat disangkalApa yang dapat dikatakan adalah jika kita menempatkan sekumpulan partikel pada tingkat energi terendahnya dan mengukur posisi atau kecepatannya, kita akan mengamati penyebaran nilai-nilai. Meskipun tidak memiliki energi, partikel-partikel tersebut akan tampak bergetar.
Dalam beberapa interpretasi mekanika kuantum, memang demikian adanya. Namun di negara lain, itu munculnya gerakan adalah jejak yang menipu fisika klasik, dan tidak ada cara intuitif untuk memvisualisasikan apa yang terjadi.
Energi titik nol pertama kali diperkenalkan oleh Max Planck pada tahun 1911. Setelah itu, “Saya yakin Einsteinlah yang pertama kali menganggapnya serius,” katanya. Peter Milonnidari Universitas Rochester, seorang ahli teori yang mempelajari ruang hampa kuantum.
Einstein dan Lainnya Menggunakan Energi Titik Nol untuk menjelaskan berbagai fenomena, termasuk getaran halus molekul dan kisi kristalbahkan pada tingkat energi paling rendah, dan fakta bahwa helium cair tidak mengembun menjadi padat pada tekanan normal, bahkan pada suhu yang sangat rendah sehingga atom-atomnya akan terkunci di tempatnya.
Contoh terbaru disajikan dalam a artikel diterbitkan pada tahun 2025 di majalah Sains oleh para peneliti di Fasilitas Laser Elektron Bebas Sinar-X Eropa, dekat Hamburg, dan lembaga lainnya.
Para peneliti didinginkan iodopiridinamolekul organik yang terdiri dari 11 atom, hampir sampai nol mutlak dan membombardirnya dengan pulsa laser untuk memutus ikatan atomnya. Tim menemukan bahwa pergerakan atom yang dilepaskan berkorelasi, menunjukkan bahwa meskipun dalam keadaan dingin, molekul iodopyridine telah bergetar.
“Awalnya hal itu bukanlah tujuan utama percobaan”, kata fisikawan eksperimental Rebecca Bollpeneliti di European XFEL dan salah satu penulis artikel. “Itu pada dasarnya adalah sesuatu yang kami temukan“.
Mungkin efek paling terkenal dari energi titik nol di suatu bidang telah diprediksi oleh Hendrick Casimir pada tahun 1948, dilihat sekilas pada tahun 1958 dan diamati secara definitif pada tahun 1997.
Dua pelat dari bahan yang netral secara listrikyang dibayangkan Casimir sebagai lembaran logam paralel, meskipun bentuk dan zat lain bisa digunakan, mereka memberikan gaya satu sama lain. Casimir menyatakan bahwa lempengan-lempengan itu akan berfungsi sebagai semacam guillotine untuk medan elektromagnetikmemotong osilasi panjang gelombang panjang sedemikian rupa sehingga akan mendistorsi energi titik nol.
Menurut penjelasan yang paling diterima, energi di luar lempeng bisa dibilang demikian lebih besar dari energi antar lempengperbedaan yang menarik lempengan-lempengan itu ke arah satu sama lain.
Para ahli teori teori medan kuantum biasanya menggambarkan bidang sebagai a koleksi osilatoryang masing-masing mempunyai energi titik nolnya sendiri. Terdapat jumlah osilator yang tak terhingga dalam suatu medan, oleh karena itu suatu medan harus memuat a energi titik nol yang jumlahnya tak terhingga.
Ketika fisikawan menyadari hal ini pada tahun 1930an dan 1940an, awalnya meragukan teori tersebut, namun dengan cepat menerima ketidakterbatasan. Dalam fisika, atau sebagian besarnya, itu Perbedaan energi adalah hal yang paling pentingdan dengan hati-hati fisikawan dapat mengurangkan satu ketidakterbatasan dari ketidakterbatasan lainnya untuk melihat apa yang tersisa.
Namun, ini tidak bekerja untuk gravitasi. Pada awal tahun 1946, Wolfgang Pauli menyadari bahwa jumlah energi titik nol yang tak terbatas, atau setidaknya sangat besar harus menciptakan medan gravitasi cukup kuat untuk dilakukan meledakkan alam semesta.
“Semua bentuk energi bersifat gravitasi“, katanya Sean Caroll, fisikawan di Universitas Johns Hopkins. “Ini termasuk energi vakum, jadi kita tidak bisa mengabaikannya.” Alasan mengapa energi ini tetap teredam secara gravitasi terus berlanjut membingungkan para fisikawan.
Dalam fisika kuantum, energi titik nol dari ruang hampa ini lebih dari sekadar tantangan yang terus berlanjut, dan ini lebih dari sekadar alasan mengapa kita tidak pernah berhasil. benar-benar mengosongkan sebuah kotak. Alih-alih menjadi sesuatu yang seharusnya tidak ada apa-apa, justru itu yang terjadi ketiadaan dipenuhi dengan potensi untuk menjadi apa pun.
“Hal yang menarik tentang ruang hampa adalah bahwa setiap medan, dan oleh karena itu, setiap partikel, ada entah bagaimana terwakili“, kata Milonni.
Bahkan jika ada satu elektron pun, ruang hampa mengandung “elektronitas”. Energi titik nol dari ruang hampa adalah efek gabungan dalam setiap cara yang mungkin materi, termasuk yang belum kita temukan.
