Energie moet altijd positief zijn, zo lijkt het ons. Als je een ruimte hebt waar je het laatste deeltje uit hebt verwijderrd, dan heb je de ondergrens bereikt, toch? In de kwantumruimte zijn rare (contra-intuïtieve) dingen mogelijk. Dus? Ja, maar binnen nauwe grenzen.
Kwantummechanica is raar. Onder bepaalde omstandigheden zou er in een kwantumvacuüm negatieve energie kunnen zijn. Onderzoekers van, onder meer, de TU in Wenen hebben eens bekeken welke die omstandigheden zijn. Er zit wel een maar aan. Het blijkt dat welke kwantumtheorie je ook gebruikt of welke symmetrieën je veronderstelt in het heelal er lokaal negatieve, geleende energie mogelijk is, maar dat uiteindelijk, net zoals bij een banklening, die energielening aan het eind terugbetaald moet worden.
In de algemene relativiteitstheorie” veronderstellen we dat de energie altijd groter is dan nul, altijd en overal”, zegt Daniel Grumiller van de TU Wenen. Energie en massa zijn aan elkaar verbonden, weergegeven in de overbekende formule E=mc², waarbij de c staat voor de lichtsnelheid. Als er negatieve energie is dan zou er ook negatieve massa moeten zijn en dan is de zwaartekracht afstotend.
Toch is in de kwantumtheorie negatieve energie mogelijk. Grumiller: “Volgens de kwantummechanica is het op een bepaalde plaats mogelijk energie te lenen van een vacuüm, zoals geld van een bank. Lang hebben we niet geweten of er ook een maximum aan dat krediet ziet en wat de mogelijke rentes zouden zijn die betaald moeten worden. Er zijn veronderstellingen over deze ‘kwantumrente’ gepubliceerd, maar geen enkele kreeg algemene steun.”
De zogeheten kwantumnulenergievoorwaarde, die in 2017 is bewezen, vereist bepaalde grenzen aan het lenen, waarbij de relativiteitstheorie en de kwantummechanica worden verbonden. Negatieve energie is toegestaan, maar alleen binnen een bepaald bereik en voor een bepaalde duur. Hoeveel energie er kan worden geleend van een vacuüm hangt af van wat heet de verstrengelingsentropie.
“”Die verstrengelingsentropie is, in zekere zin, een maat voor de invloed van de kwantummechanica op dat systeem”, zegt de onderzoeker. “Als de kwantumverstrengeling op een bepaalde plaats in der ruimte een cruciale rol speelt, bijvoorbeeld aan de rand van een zwart gat, dan kan er voor een tijdje een negatieve energiestroom zijn en is daar negatieve energie mogelijk

Veralgemening

Grumiller en zijn medeonderzoekers hebben die speciale berekeningen nu veralgemeend. “Alle eerdere overwegingen verwezen altijd naar de kwantumtheorieën die de symmetrieën van de speciale relativiteitstheorie volgen. Wij hebben bewezen dat dit verband tussen negatieve energie en kwantumverstrengeling een veel algemener verschijnsel is.” De omstandigheden die verbieden om oneindige hoeveelheden energie te halen uit een vacuüm gelden voor verschillende kwantumtheorieën, onafhankelijk van de symmetrieën.

Dit heeft niks, zegt het persbericht, te maken met de perpetuum mobile. Grumiller: “Dat de natuur toestaat dan de energie vopor enige tijd op een bepaalde plaats kleinere dan nul is betekent niet dat de wet van behoud van energie niet meer geldt. Om ergens negatieve energiestromen mogelijk te maken moeten er in de buurt positieve energiestromen zijn.” Hoewel de zaken wat ingewikkelder in elkaar steken dan vroeger gedacht kun je geen energie halen uit niets, zelfs als dat niets negatief kan worden. Het blijkt dat die negatieve energie aan nauwe grenzen is gebonden.

Bron: EurekAlert