음의 에너지

Negative energy
이 기사는 물리학의 음의 에너지에 관한 것입니다.기타 용도는 음의 에너지(동음이의)를 참조하십시오.

음의 에너지는 물리학에서 중력장과 다양한 양자장 효과를 포함한 특정 분야의 본질을 설명하는 데 사용되는 개념입니다.

중력 에너지

주요 기사 : 중력 에너지

중력 에너지 또는 중력 위치 에너지는 거대한 물체가 중력장 안에 있기 때문에 가지고 있는 위치 에너지입니다.고전역학에서 두 개 이상의 질량은 항상 중력의 잠재력을 가지고 있습니다.에너지 보존을 위해서는 중력장 에너지가 항상 음수이므로 물체가 무한히 멀리 떨어져 있을 때는 0이 됩니다.두 물체가 멀어지고 그들 사이의 거리가 무한대에 가까워지면, 그들 사이의 중력은 실수선의 양의 면에서 0에, 중력 퍼텐셜은 음의 면에서 0에 접근합니다.반대로, 두 개의 거대한 물체가 서로를 향해 움직일 때, 중력 하에서 운동이 가속되어 계의 (양의) 운동 에너지가 증가하고, 에너지의 총합을 보존하기 위해, 물체의 중력 위치 에너지에서 같은 양의 증가는 음으로 취급됩니다.[1]

긍정적인 에너지가 지배하는 우주는 결국 "빅 크런치"로 붕괴될 것이고, 부정적인 에너지가 지배하는 "열린" 우주는 무한히 팽창하거나 결국 "빅 립"으로 붕괴될 것입니다.제로 에너지 우주 모델("평탄" 또는 "유클리드")에서, 우주의 총 에너지 양은 정확히 0입니다: 물질 형태의 양의 에너지 양은 중력 형태의 음의 에너지에 의해 정확히 상쇄됩니다.[2]이 모델 중 어떤 모델이 실제 우주를 정확하게 묘사하는지는 불분명합니다.

블랙홀 에르고스피어

주요 기사 : 에르고스피어

고전적으로 회전하는 블랙홀의 경우, 회전은 사건의 지평선 바깥에 에르고스피어를 만들어 시공간 자체가 회전하기 시작합니다.에르고스피어는 사건의 지평선 밖에 있기 때문에, 입자들은 그것으로부터 탈출할 수 있습니다.에르고스피어 내에서 입자의 에너지는 음이 될 수 있습니다 (킬링 벡터의 상대론적 회전을 통해).음의 에너지 입자는 사건의 지평선을 넘어 블랙홀로 들어가며, 에너지 보존 법칙은 동일한 양의 양의 에너지가 빠져나가야 합니다.

펜로즈 과정에서, 한 몸은 두 개로 나뉘는데, 한 몸은 음의 에너지를 얻고 떨어지는 반면, 다른 반은 같은 양의 양의 에너지를 얻고 탈출합니다.이것은 퀘이사가 방출하는 강렬한 방사선이 생성되는 메커니즘으로 제안됩니다.[3]

양자장효과

음의 에너지와 음의 에너지 밀도는 양자장 이론과 일치합니다.[4]

가상입자

주요 기사:가상입자

양자 이론에서, 불확정성 원리는 공간의 진공이 자발적으로 나타나고 일반적으로 다시 소멸하기 전에 짧은 시간 동안만 존재하는 가상 입자-반입자 쌍으로 채워지도록 합니다.이러한 가상 입자 중 일부는 음의 에너지를 가질 수 있습니다.이 동작은 아래에 설명된 바와 같이 몇 가지 중요한 현상에서 역할을 합니다.

카시미르 효과

주요 기사:카시미르 효과

카시미르 효과에서, 매우 가까이 배치된 두 개의 평판은 그들 사이에 존재할 수 있는 양자의 파장을 제한합니다.이는 결국 진공에서 형성될 수 있고 음의 에너지 밀도를 초래할 수 있는 가상 입자 쌍의 유형 및 수와 밀도를 제한합니다.판의 반대쪽에서는 이러한 제한이 존재하지 않거나 훨씬 덜 중요하기 때문에 판 외부의 힘은 판 사이의 힘보다 큽니다.이로 인해 판들이 서로 당겨지는 것처럼 보이게 되는데, 이는 측정된 바와 같습니다.더 정확하게 말하면, 가상 입자 쌍에 의해 야기된 진공 에너지는 판들을 서로 밀어내고 있고, 판들 사이의 진공 에너지는 너무 작아서 이 효과를 부정하기에는 너무 적습니다. 왜냐하면 판들 사이의 단위 부피당 존재하는 가상 입자는 그들 외부에 존재할 수 있는 것보다 더 적을 수 있기 때문입니다.[5]

압착광

주요 기사 : 짜낸 빛

파괴 양자 간섭이 진공 변동을 억제하도록 레이저 광선의 여러 빔을 배치할 수 있습니다.이러한 압착된 진공 상태는 음의 에너지를 수반합니다.빛의 반복적인 파형은 양의 에너지와 음의 에너지가 번갈아 나타나는 영역으로 이어집니다.[5]

디랙해

주요 기사:디랙해

1930년 폴 디랙이 개발한 디랙해 이론에 따르면 우주의 진공상태는 음의 에너지로 가득합니다.이 이론은 디랙 방정식에 의해 예측된 음-에너지 양자 상태의 이상을 설명하기 위해 개발되었습니다.이 이론은 1932년 칼 앤더슨이 양전자를 발견하기 2년 전에 반물질의 존재를 정확하게 예측했습니다.

그러나 그 이론은 이후 양자장이론(QFT)으로 대체되었습니다.두 이론은 보골류보프 변환에 의해 동등하므로 디랙 바다는 양자장 이론의 대안적인 공식으로 볼 수 있습니다.

양자중력현상

블랙홀 주변의 강렬한 중력장은 중력과 양자 효과에 기인한 현상을 만들어냅니다.이러한 상황에서 입자의 킬링 벡터는 에너지가 음이 되도록 회전할 수 있습니다.[6]

호킹 복사

주요 기사:호킹 복사

가상 입자는 짧은 기간 동안 존재할 수 있습니다.블랙홀의 사건 지평선 옆에 그러한 입자 한 쌍이 나타나면, 그 중 하나가 끌어당겨질 수 있습니다.이것은 킬링 벡터를 회전시켜서 에너지가 음수가 되고 쌍은 순 에너지가 없습니다.이것은 그것들이 진짜가 되고 호킹 복사로 양성 입자가 빠져나가는 반면, 음성 에너지 입자는 블랙홀의 순 에너지를 감소시킵니다.따라서 블랙홀은 서서히 증발할 수 있습니다.[7][8]

추측성 제안

웜홀

주요 기사:웜홀

웜홀이 열린 상태를 유지하기 위해 필요한 웜홀 추측 이론에서는 음의 에너지가 나타납니다.웜홀은 공간과 시간 모두에서 임의로 멀리 떨어져 분리될 수 있는 두 위치를 직접 연결하며, 원칙적으로 두 위치 사이를 거의 즉각적으로 이동할 수 있습니다.하지만 로저 펜로즈와 같은 물리학자들은 그러한 생각을 비현실적이고 추측보다는 허구라고 생각합니다.[9]

워프 드라이브

주요 기사:워프 드라이브

음의 에너지를 이용한 우주선용 FTL(Faster Than Light) 워프 드라이브에 대한 이론적 원리가 제안되었습니다.알큐비에르 드라이브는 가상의 음의 에너지를 사용하여 시공간의 "거품"이 구성되는 아인슈타인 장 방정식의 일반 상대성 이론에 대한 해결책을 기반으로 합니다.그리고 나서 그 버블은 뒤의 공간을 넓히고 앞의 공간을 줄이면서 이동합니다.기포는 임의의 속도로 이동할 수 있으며 빛의 속도에 제약을 받지 않습니다.이것은 거품의 내용물이 그들의 국소 시공간을 통해 실제로 이동하지 않기 때문에 일반 상대성 이론과 모순되지 않습니다.[5]

음에너지 입자

추측적인 이론적 연구들은 음의 에너지를 가진 입자들이 상대론적 양자 이론과 일치하며, 일부는 음의 질량 및/또는 시간 역전과의 상호관계에 주목한다고 제안했습니다.[10]

참고 항목

참고문헌

인라인 노트

  1. ^ Alan Guth 인플레이션 유니버스: 우주 기원에 대한 새로운 이론의 탐구 (1997), 랜덤 하우스, ISBN0-224-04448-6 부록 A: 중력 에너지는 중력 에너지의 부정성을 증명합니다.
  2. ^ 스티븐 호킹 박사;The Grand Design, 2010, 180페이지
  3. ^ Penrose 2005, pp. 836-9
  4. ^ Everett, Allen; Roman, Thomas (2012). Time Travel and Warp Drives. University of Chicago Press. p. 167. ISBN 978-0-226-22498-5.
  5. ^ a b c 포드 앤 로만 2000
  6. ^ Penrose 2005, pp. 833-4, 836-7
  7. ^ Stephen Hawking; A Brief History of Time, Bantam 1988, 105-107페이지ISBN 0-593-01518-5
  8. ^ Penrose 2005, pp. 836-7
  9. ^ Penrose 2005, pp.833-4. "... 일종의 공상과학 소설 '웜홀'이 우주 사이를 이동한다는 것을 보여주려는 의도가 잘못되었다고 생각합니다.."
  10. ^ N 데베르그, J-P 쁘띠, G 다고스티니; "단일 시간 역전 연산자를 통한 디랙 방정식의 음의 에너지와 질량에 대한 증거", 물리학 통신 저널, 2권, 11번.
  11. ^ 유홍웨이와 웨이싱 슈; "디랙장에서 음의 에너지 밀도를 갖는 양자 상태와 양자 부등식", 물리학 편지 B, 570권, 2003년 9월 18일 1-2호, 123-128'페이지[1]
  12. ^ 프레데릭 헨리-쿠아니에(Fredéric Henry-Couannier): "양자장 이론과 일반 상대성 이론에서 음의 에너지와 시간 역전: 중력의 어두운 면", HAL 오픈 사이언스, 2004.⟨hal-00001476v1

서지학

  • 로렌스 H. 포드와 토마스 A.Roman; "부정적 에너지, 웜홀과 워프 드라이브", Scientific American 2000년 1월, 282, 46-53페이지.
  • 로저 펜로즈;현실로의 길, ppbk, 빈티지, 2005.30장: 양자 상태 감소에서 중력의 역할