Vad är negativ energi?

Medan många vet "negativ energi" för att hänvisa till den negativa chi, negativa aura eller på annat sätt skadlig energi som en person avger, har termen också en vetenskaplig definition. Baserat på Heisenbergs osäkerhetsprincip har negativ energi att göra med de inneboende fluktuationerna i energi som finns i någon energi eller magnetfält. Denna form av "exotisk materia" är en mycket oförutsägbar kraft som har visat sig existera mitt i fält med noll energi. Även om det är svårt att identifiera, spekuleras denna typ av energi att existera vid randen av svarta hål, och har citerats som en nödvändig förutsättning för tidsresor av Stephen Hawking.

Begreppet negativ energi föreslogs av den brittiska fysikern Paul Adrien Maurice Dirac 1928 som en del av Dirac-ekvationen. Denna ekvation var utformad för att överensstämma med standarderna för speciell relativitet. I denna ekvation beskrev Dirac hur kvanttillstånd av positiv energi skulle kompenseras av negativ energi. I allmänhet kommer dessa två typer av energi att balansera varandra. Således är en negativ form av energi vanligtvis inte ett observerbart fenomen. I fallet med ett rent vakuum kommer emellertid negativa energitillstånd att uttryckas för alla atomer i vakuumet medan inga positiva energitillstånd kommer att uttryckas. Detta koncept kallas Dirac havet.

Teoretiskt kan ett hål utvecklas i Dirac-havet om en ströms gammastråle kolliderar med elektroner i ett negativt energitillstånd och därmed omvandlar det till en positivt laddad elektron. Ett sådant hål i Dirac havet skulle bete sig på motsatt sätt som den ursprungliga, negativt laddade elektron. Den nya positivt laddade elektronen skulle vara ett exempel på antimateria. Därför bör antimateria inte förväxlas med ett negativt energitillstånd.

1948 förutspådde den holländska fysikern Hendrick Casimir att en liten attraktiv kraft kunde existera mellan två oladdade, parallella plattor i ett vakuum. Om plattorna vilar extremt nära varandra produceras negativ energi eftersom antalet elektromagnetiska vågor mellan de två plattorna blir mindre än det omgivande rymden. I huvudsak blir ett negativt energitillstånd när våglängderna för partiklarna i ett visst rymdområde är mindre än vad som normalt kan mätas.

Casimirs förutsägelser har observerats i två separata experiment. Det första experimentet inträffade 1958 och övervakades av MJ Sparnaay. Det gav resultat som överensstämde med Casimirs teorier. Det andra experimentet, av Steve K. Lamoreaux, genomfördes 1997. I stället för att använda två plattor i experimentet parade Lamoreaux en enda platta med en annan platta som var en del av en nästan exakt sfär. Detta experiment bekräftade också Casimirs förutsägelser. Även om negativa energitillstånd kanske inte kan observeras, har de bevisats såväl teoretiskt som med hjälp av experiment.