Energia del vuoto

L'energia di vuoto è un'energia presente in stato latente nello spazio anche quando privo di materia. Questo concetto è legato ai vorticosi fenomeni di creazione e annichilazione di particelle che si devono mettere in conto quando si cerca di osservare il vuoto a distanze estremamente piccole, allorché gli effetti quantistici entrano in gioco in modo decisivo. L'esistenza di un vuoto privo di energia comporterebbe infatti la possibilità di determinare simultaneamente posizione e velocità di una particella, contraddicendo il principio d'indeterminazione.

L'energia del vuoto comporta l'esistenza della maggior parte (se non di tutte) delle forze fondamentali. È stata osservata in alcuni esperimenti, come l'emissione spontanea di luce o raggi gamma, l'effetto Casimir, la forza di legame di Van Der Waals, e si pensa (ma non è ancora stato dimostrato) che possa avere conseguenze anche nell'universo su scala cosmologica.

L'energia del vuoto nelle teorie delle particelle elementari

La teoria quantistica dei campi, che descrive le interazioni fra le particelle elementari in termini di campo, contribuisce alla dimostrazione dell'esistenza di questa energia legandola all'energia di punto zero del campo.

Un esempio è l'effetto Casimir, in cui due piastre metalliche vicine sono sottoposte ad una leggera forza di attrazione. È possibile attribuire questa forza all'energia di punto zero del campo elettromagnetico nello spazio fra le piastre.

Poiché l'energia potenziale è definita a meno di una costante additiva arbitraria, il valore dell'energia del vuoto potrebbe essere considerato non importante. Questa importanza nasce nel momento in cui si considera anche la forza di gravità: questo ha importanti conseguenze su scala cosmologica dal momento che questa energia andrebbe a contribuire alla costante cosmologica, a cui è legata l'espansione dell'universo.

In definitiva la quantità di energia del vuoto può essere descritta come un conteggio delle particelle virtuali (o fluttuazioni di vuoto), che sono generate e distrutte dal vuoto.

Effetti dell'energia del vuoto in scala cosmologica

Per approfondire, vedi Energia oscura e Universo in accelerazione.

Nell'ultimo periodo del 1998 si osservò, studiando più di 40 supernovae, che la velocità di espansione dell'universo aumentava sensibilmente invece di diminuire. Fino ad allora si era pensato che l'universo stesse gradualmente rallentando per poi fermarsi ed eventualmente regredire verso un Big Crunch. Invece, studiando la luce di queste supernove si poté definire che la loro distanza risultava essere del 10-15% superiore di quella attesa.

L'Universo sarebbe, dunque, in perenne accelerazione.

Implicazioni

Per approfondire, vedi Evaporazione dei buchi neri.

Il concetto di energia del vuoto ha notevoli implicazioni, prima fra tutte che le fluttuazioni di vuoto generano sempre un accoppiamento particella-antiparticella. Il fisico Stephen Hawking ha supposto che la creazione di queste particelle nei pressi di un buco nero sia assimilabile ad una sorta di "evaporazione" dello stesso. L'energia netta dell'universo rimane pari a zero se questi accoppiamenti vengono distrutti entro il tempo di Planck. Se prima che accada questo annichilimento una delle due particelle viene attratta dal buco nero, l'altra viene irradiata nello spazio. Tale perdita si accumula e, nel tempo, potrebbe portare alla scomparsa del buco nero. Il tempo necessario a tale processo dipende dalle dimensioni del buco nero, ma si è calcolato che sarebbero necessari $10^{100}$ anni perché un buco nero delle dimensioni del Sole venga distrutto.

Voci correlate

• Energia di punto zero
• Energia oscura
• Falso vuoto
• Valore di aspettazione del vuoto

Collegamenti esterni

• Materia oscura ed energia del vuoto
• S. Tommaso, Dio o l'Energia Quantistica del Vuoto
• ENERGIA DAL VUOTO concetti e principi
• Il vuoto

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