Zero-point energy (sıfır nokta enerjisi) nedir?

Sıfır nokta enerjisi (İng: "zero point energy") bir sistemin sahip olabileceği en düşük enerjiyi ifade eder. Her ne kadar sezgisel olarak bu enerjinin 0 olması gerektiğini düşünsek de Heisenberg belirsizlik ilkesi gereği sistemimizin sıfır olmayan enerjisi olabilir. Kuantum fiziğine göre bir sistemin enerjisi, içinde bulunduğu potansiyelin minimum enerjisinden daha yüksek olmalıdır.

Kuantum Alan Kuramı, uzayı alanlarla kaplı olarak betimler, parçacıklar bu alanların titreşmesi ile oluşurlar. Bu alanların da sıfır nokta enerjisi vardır. Kimisi pozitif yani 0'dan büyük iken kimisi negatiftir. Öncelerinde bu pozitif ve negatif değerlerin birbirini götüreceğini ve boşlukta (vakum) hiç enerji kalmayacağı düşünülüyordu ancak evrenin ivmelenerek genişlediği gözlemlenince bu varsayım sorgulanmaya başladı. Bunun sebebi evrenin hızlanarak genişlediğini gözlemlemiş olmamız. Bu genişlemeden karanlık enerji adını verdiğimiz ama ne olduğunu bilmediğimiz bir şeyin olduğunu düşünüyoruz. Karanlık enerji için en iyi adaylardan biri daha öncesinde Einstein'ın en büyük hatam (İng: "my biggest blunder") diyerek reddettiği kozmolojik sabiti denklemimize eklememiz gerekir. Kozmolojik sabit, vakumun (yani ortada uzay-zamanı büken bir nesne olmadığındaki durumun) enerji yoğunluğu olarak yorumlanabilir. Gözlemler bize bu değerin sıfıra çok yakın olduğunu ama sıfır olmadığını gösteriyor.

Peki kuantum alanların sıfır nokta enerjisi kozmolojik sabiti açıklabilir mi? Sıkıntı şu ki kuantum alan kuramı üzerinden vakumun enerjisini hesaplamaya kalktığımızda gözlemlenen değerden çok çok daha yüksek sayılara ulaşıyoruz. Dolayısıyla bunun cevabı henüz bilinmiyor.

Casimir Etkisi'nin de vakuum enerjiden kaynaklandığı düşünülüyor. Casimir Etkisi, birbirine çok yakın iki ince metal levhanın birbirine kuvvetle çekilmesidir. Enerji-zaman belirsizliğinin izin verdiği ölçüde vakum enerjisi çok kısa süreler için sanal parçacık-anti parçacık oluşumuna sebebiyet verebilir. İki levha arasında yalnızca belirli salınımda enerjiye sahip parçacıklar oluşabileceği için (tıpkı iki nokta arasında gerilmiş ipin belirli sayıda dalga boyuna sahip olabileceği gib) iki metalin arasında olandan daha fazla dışarıda parçacık oluşacağından iki metal levhayı birbirine yakınlaştıran bir kuvvet oluşturacaktır.

Bunun yanı sıra sıfır nokta enerjisi ile başka türden enerji üretemeyiz çünkü enerji ancak düzensiz ise aktarılabilir. Bir örnek verelim. Arabaları çalıştıran motorlar, bazı gazları sıkıştırarak enerji üretir. Gazlar sıkışınca ısınır fakat etrafları kendilerinden soğuk olduğu için gittikçe soğurlar, böylece gazı tekrar sıkıştırabiliriz. Öte yandan eğer gazın etrafı zaten hali hazırda sıcak ise gazın da soğuması için bir sebep yoktur, dolayısıyla onu sıkıştırıp enerji üretemeyiz. Aynı şekilde sıfır nokta enerjisi de düzenli bir şekilde uzaya dağıldığı için ondan enerji üretmemiz mümkün değildir.