Energa del punto ceroLaenerga del punto ceroes enfsicala energa ms baja que unsistema fsicomecano-cunticopuede poseer, y es la energa delestado fundamentaldel sistema. El concepto de la energa del punto cero fue propuesto porAlbert EinsteinyOtto Sternen1913, y fue llamada en un principio "energa residual". La expresin es una traduccin del alemnNullpunktsenergie. Todos los sistemas mecano-cunticos tienenenerga de punto cero. La expresin surge como referencia al estado base delOscilador armnico cunticoy sus oscilaciones nulas[citarequerida]. En la teora de campos cuntica, es un sinnimo de la energa del vaco o de la energa oscura, una cantidad de energa que se asocia con la vacuidad del espacio vaco. Encosmologa, la energa del vaco es tomada como la base para laconstante cosmolgica. A nivel experimental, la energa del punto cero genera elefecto Casimir, y es directamente observable endispositivos nanomtricos.Debido a que la energa del punto cero es la energa ms baja que un sistema puede tener, no puede ser eliminada de dicho sistema. Un trmino relacionado es el campo del punto cero que es el estado de energa ms bajo para un campo, su estado base, que no es cero.Pese a la definicin, el concepto de energa del punto cero y la posibilidad de extraer "energa gratuita" del vaco han atrado la atencin de inventores independientes.ndice[ocultar] 1Historia 2Fundamentos fsicos 3Variedades de energa del punto cero 4Evidencia experimental 5Gravitacin y Cosmologa 6Utilizacin en propulsin y levitacin 7Dispositivos de "Energa gratuita" 8Vase tambin 9Referencias 10Lecturas complementarias 11Enlaces externosHistoria[editar]En 1900,Max Planckdedujo la frmula para la energa de un "radiador de energa" aislado, i.e. una unidad atmica vibratoria, como:

Aqu,es laconstante de Planck,es lafrecuencia,kes laconstante de Boltzmann, yTes latemperatura.En 1913, utilizando esta frmula como base,Albert EinsteinyOtto Sternpublicaron un artculo de gran importancia donde sugeran por primera vez la existencia de una energa residual que todos los osciladores tienen en el cero absoluto. Llamaron a esto "energa residual", oNullpunktsenergie(en Alemn), que fue ms tarde traducido comoenerga del punto cero. Realizaron unos anlisis del calor especfico del gas hidrgeno a baja temperatura, y concluyeron que los datos se representan mejor si la energa vibracional es elegida para que tome la forma:1

Por lo que, de acuerdo a esta expresin, incluso en elcero absolutola energa de un sistema atmico tiene el valor h.2Fundamentos fsicos[editar]Enfsica clsica, la energa de un sistema es relativa, y se define nicamente en relacin a algn estado dado (a menudo llamado estado de referencia). Tpicamente, uno puede asociar a un sistema sin movimiento una energa cero, aunque hacerlo es puramente arbitrario.Enfsica cuntica, es natural asociar la energa con elvalor esperadode un ciertooperador, elHamiltonianodel sistema. Para casi todos los sistemas mecano-cunticos, el valor esperado ms bajo posible que este operador puede tener no es cero; a este valor ms bajo posible se le denomina energa del punto cero. (Nota: Si aadimos una constante arbitraria al Hamiltoniano, obtenemos otra teora que es fsicamente equivalente al Hamiltoniano previo. A causa de esto, slo la energa relativa es observable, no la energa absoluta. Sin embargo, esto no cambia el hecho de que el momento mnimo es no nulo).El origen de una energa mnima no nula puede ser intuitivamente comprendido en trminos delprincipio de indeterminacin de Heisenberg. Este principio establece que la posicin y elmomentumde una partcula en mecnica cuntica no pueden ser conocidos con precisin simultneamente. Si la partcula es confinada a unpozo de potencial, entonces su posicin es como mnimo parcialmente conocida: debe estar en el pozo. Por ello, uno puede deducir que en el pozo, la partcula no puede tener momento cero, pues de lo contrario se violara el principio de incertidumbre. Porque laenerga cinticade una partcula en movimiento es proporcional al cuadrado de su velocidad, no puede ser cero tampoco. Este ejemplo, sin embargo, no es aplicable a una partcula libre - la energa cintica de la cual si puede ser cero.Variedades de energa del punto cero[editar]La idea de la energa del punto cero est presente en diferentes situaciones, y es importante distinguirlas, y notar que hay muchos conceptos muy relacionados.En mecnica cuntica ordinaria, la energa del punto cero es la energa asociada con elestado fundamentaldel sistema. El ms famoso ejemplo de este tipo es la energaasociada con el estado fundamental deloscilador armnico cuntico. Ms exactamente, la energa del punto cero es elvalor esperadodelHamiltonianodel sistema.En teora cuntica de campos, el tejido del espacio se visualiza como si estuviera compuesto decampos, con el campo en cada punto del espacio-tiempo siendo unoscilador armnico simplecuantizado, que interacta con los osciladores vecinos. En este caso, cada uno tiene una contribucin dede cada punto del espacio, resultando en una energa del punto cero tcnicamente infinita. La energa de punto cero es de nuevo el valor esperado del Hamiltoniano; aqu, sin embargo, la frasevalor esperado del vacoes ms comnmente utilizada, y la energa es bautizada comoenerga del vaco.En lateora de perturbacionescuntica, se dice a veces que la contribucin de losdiagramas de Feynmande unbucle nicoy de bucles mltiples alpropagadorde lapartcula elementalson las contribuciones de lasfluctuaciones del vacoo de la energa del punto cero a lamasade las partculas.Evidencia experimental[editar]La evidencia experimental ms simple de la existencia de la energa del punto cero en la teora cuntica de campos es elEfecto Casimir. Este efecto fue propuesto en1948por elfsicoholandsHendrik B. G. Casimir, quien analiz elcampo electromagnticocuantizado entre dos placas metlicas paralelas sin carga elctrica. Una pequea fuerza puede medirse entre las placas, que es directamente atribuible a un cambio en la energa del punto cero del campo electromagntico entre las placas.Aunque el efecto Casimir al principio fue difcil de medir, porque sus efectos pueden verse nicamente a distancias muy pequeas, el efecto es muy importante ennanotecnologa. No slo es el efecto Casimir fcilmente medido en dispositivos nanotecnolgicos especialmente diseados, sino que se debe tener en cuenta cada vez ms en el diseo y en el proceso de manufactura de los mismos. Puede ejercer fuerzas significativas y tensiones sobre los dispositivos nanotecnolgicos, causando que se doblen, tuerzan, o incluso que se rompan.Otras evidencias experimentales incluyen laemisin espontneade luz (fotones) portomosyncleos, elefecto Lambde las posiciones de losniveles de energade los tomos, los valores anmalos de latasa giromagnticadel electrn, etc.Gravitacin y Cosmologa[editar]

Problemas no resueltos de la fsica:Porqu la energa del punto cero delvacono produce una granconstante cosmolgica? Qu la anula?Encosmologa, la energa del punto cero ofrece una posibilidad intrigante para explicar los especulativos valores positivos de laconstante cosmolgica. En resumen, si la energa est "realmente all", entonces debera ejercer unafuerza gravitacional. Enrelatividad general, lamasay la energa son equivalentes; y cualquiera de ambas puede producir un campo gravitatorio.Una dificultad obvia con esta asociacin es que la energa del punto cero del vaco es absurdamente enorme. De hecho, es infinita, pero uno podra decir que la nueva fsica se cancela en laescala de Planck, por lo que su crecimiento debera cortarse en este punto. Incluso as, lo que queda es tan grande que doblara el espacio de forma claramente visible, por lo que parece que tenemos aqu una contradiccin. No hay salida fcil del problema, y reconciliar la enorme energa del punto cero del espacio con la constante cosmolgica observada, que es pequea o nula, ha llegado a ser uno de los problemas importantes de la fsica terica, y se ha convertido en un criterio para juzgar un candidato a laTeora de Todo.Utilizacin en propulsin y levitacin[editar]Otra rea de la investigacin en el campo de la energa del punto cero es cmo puede ser utilizada para propulsin.NASAyBritish Aerospacetienen programas de investigacin con este objetivo, pero producir tecnologa prctica es todava algo muy lejano. Para tener xito en esta tarea, tendra que ser posible crear efectos repulsivos en el vaco cuntico, lo que de acuerdo a la teora debera ser posible, y se estn diseando experimentos para producir y medir estos efectos en el futuro.El CatedrticoUlf Leonhardty el DoctorThomas Philbin, de laUniversity of St AndrewsenEscocia, han trabajado en una forma de invertir elefecto Casimir, para que sea repulsivo en vez de atractivo. Su descubrimiento puede conducir a la construccin de micromquinas sin friccin con partes mviles queleviten.3Rueda, Haisch y Puthoff456han propuesto que un objeto masivo acelerado interacta con el campo de punto cero para producir unafuerza de freno electromagnticaque es la verdadera responsable del fenmeno de lainercia; verelectrodinmica estocstica.Dispositivos de "Energa gratuita"[editar]Elefecto Casimirha establecido la energa del punto cero como un fenmenocientficamente aceptado. Sin embargo, el trminoenerga del punto ceroha sido igualmente asociado con un rea altamente controvertida - el diseo e invencin de los llamados ingenios de "energa gratuita", similares a las mquinas demovimiento perpetuodel pasado.Segn algunos de estos estudios,7el hidrgeno atmico (H, para distinguirlo del hidrgeno molecular H2) podra actuar como una especie "conversor" de la radiacin de espectro fro de la energa del punto cero (ZPE en ingls), al espectro de la radiacin infrarroja utilizable en nuestros conversores termoelectricos. Aunque est teora an no ha podido ser demostrada, en los experimentos llevados a cabo por el Premio Nobel de QumicaIrving Langmuira principios del siglo XX sobre el hidrgeno atmico, aparecen algunos resultados que parecen violar la segunda ley de la termodinmica aunque hasta ahora no se ha intentado su replicacin y anlisis con instrumentacin, teora y tecnologa ms moderna.Vase tambin[editar] Bosn de Higgs Energa Espuma cuntica Energa del vacoReferencias[editar]1. Volver arribaLaidler, Keith, J. (2001).The World of Physical Chemistry. Oxford University Press.ISBN 0-19-855919-4.2. Volver arribaIntroduction to Zero-Point Energy- Calphysics Institute3. Volver arribaTelegrapharticlePhysicists have 'solved' mystery of levitationpublished July 8, 2007 See alsophysicsworldandst-andrews.ac.uk.4. Volver arribaHaisch, Bernard; Alphonso Rueda, H.E. Puthoff (February de 1994).Inertia as a zero-point-field Lorentz force.Physical Review A49(2): 678694.5. Volver arribaRueda, Alfonso; Bernhard Haisch (1998).Contribution to inertial mass by reaction of the vacuum to accelerated motion.Found.Phys.28: 10571108.6. Volver arribaRueda, Alfonso; Bernhard Haisch (1998).Inertia as reaction of the vacuum to accelerated motion.Phys.Lett.A240: 115126.7. Volver arribaMoller, Nicholas.Irving Langmuir and atomic Hydrogen.Lecturas complementarias[editar] Beiser, Arthur (1967).Concepts of Modern Physics. McGraw-Hill. Albert Einstein and L. Hopf (1910). On a theorem of the probability calculus and its application to the theory of radiation.Ann. Phys.33: 10961104. Albert Einstein and L. Hopf (1910). Statistical investigation of a resonator s motion in a radiation field.Ann. Phys.33: 11051115. Albert Einstein and Otto Stern, (1913). .Ann. Phys.40: 551. Forward, R.(1984).Extracting electrical energy from the vacuum by cohesion of charged foliated conductors.Phys. Rev. B30: 1700. Forward, R.(February 1996).Mass Modification Experiment Definition. Forward Unlimited.PL-TR-96-3004. Bernard Haisch, Alfonso Rueda and York Dobyns (2001).Inertial mass and the quantum vacuum fields.Annalen der Physik10: 393414. Loudon, R. (September 2000).The Quantum Theory of Light(Third Edition edicin). Oxford: Clarendon Press.ISBN 0-19-850176-5. Milonni, Peter W. (1994).The Quantum Vacuum: an Introduction to Quantum Electrodynamics. New York: Academic.ISBN 0-12-498080-5. Nernst, W. (1916). .Verh. Deutsch Phys. Ges.18: 83. Alfonso Rueda and Bernard Haisch (2005).Gravity and the Quantum Vacuum Inertia Hypothesis.Annalen der Physik14: 479498. Cook, Nick (2001).The Hunt for Zero Point. London: Century.ISBN 0-7126-6953-1. Sciama, D. W. (1991). Simon Saunders and Henry R. Brown, eds, ed.The Philosophy of Vacuum. Oxford: Clarendon Press.ISBN 0-19-824449-5.Enlaces externos[editar] Zero-point energy?"Ask the Van" popular science FAQ atUniversity of Illinois. Philip Yam, "Exploiting Zero-point Energy",Scientific American Magazine, December 1997, pp. 82-85. Alokik Kanwal,Zero-point energy(Power Pointpresentation; rutgers.edu)