Energia del punt zero

L'energia del punt zero és l'energia més baixa possible que pot tenir un sistema mecànic quàntic. A diferència de la mecànica clàssica, els sistemes quàntics fluctuen constantment en el seu estat d’energia més baix, tal com es descriu pel principi d’incertesa de Heisenberg.^[1] A més dels àtoms i les molècules, l'espai buit té aquestes propietats. Segons la teoria quàntica de camps, l'univers es pot pensar no com a partícules aïllades sinó com a camps fluctuants continus: camps de matèria, els quanta dels quals són fermions (és a dir, leptons i quarks), i camps de força, els quanta dels quals són bosons (per exemple, fotons i gluons). Tots aquests camps tenen energia del punt zero.^[2] Aquests camps fluctuants del punt zero condueixen a una mena de reintroducció d'un èter a la física,^[1][3] ja que alguns sistemes poden detectar l'existència d'aquesta energia; tanmateix, aquest èter no es pot considerar com un mitjà físic si vol ser invariància de Lorentz de manera que no hi hagi contradicció amb la teoria de la relativitat especial d'Einstein.^[1]

Actualment, la física no té un model teòric complet per entendre l'energia del punt zero; en particular, la discrepància entre l'energia del buit teoritzada i l'observada és una font de gran controvèrsia.^[4][5][6][7] Els físics Richard Feynman i John Wheeler van calcular que la radiació del punt zero del buit era un ordre de magnitud superior a l'energia nuclear, amb una sola bombeta que contenia prou energia per bullir tots els oceans del món.^[8] Tanmateix, segons la teoria de la relativitat general d'Einstein, qualsevol energia d'aquest tipus gravitaria i l'evidència experimental de l'expansió de l'univers, l'energia fosca i l'efecte Casimir mostra que aquesta energia és excepcionalment feble. Una proposta popular que intenta abordar aquest problema, és dir que el camp fermiònic té una energia negativa del punt zero, mentre que el camp bosònic té energia positiva del punt zero i, per tant, aquestes energies d’alguna manera es cancel·len.^[9][10] Aquesta idea seria certa si la supersimetria fos una simetria de la natura exacta; tanmateix, el LHC del CERN no ha trobat fins ara cap prova que ho avali. A més, se sap que si la supersimetria és vàlida, és com a màxim una simetria trencada, només a les energies molt altes, i actualment ningú no ha estat capaç de mostrar una teoria on es produeixin cancel·lacions de baixa energia del punt zero en l'univers observable.^[10] Aquesta discrepància es coneix com el problema de la constant cosmològica i és un dels majors misteris no resolts de la física. Molts físics creuen que «el buit és la clau per a una comprensió completa de la natura».^[11]