L'énergie est une quantité qui doit toujours être positive, du moins c'est ce que nous dit notre intuition. Si chaque particule est retirée d'un certain volume jusqu'à ce qu'il ne reste plus rien qui puisse éventuellement transporter de l'énergie, alors une limite a été atteinte. Ou l'a-t-il ? Est-il encore possible d'extraire de l'énergie même de l'espace vide ?

La physique quantique a montré à maintes reprises qu'elle contredit notre intuition, ce qui est également vrai dans ce cas. Sous certaines conditions, les énergies négatives sont autorisées, au moins dans une certaine plage d'espace et de temps. Une équipe de recherche internationale à la TU Vienne, l'Université libre de Bruxelles (Belgique) et l'IIT Kanpur (Inde) ont maintenant étudié dans quelle mesure l'énergie négative est possible. Il s'avère que quelles que soient les théories quantiques considérées, quelles que soient les symétries supposées exister dans l'univers, il y a toujours certaines limites à "l'emprunt" d'énergie. Localement, l'énergie peut être inférieure à zéro, mais comme l'argent emprunté à une banque, cette énergie doit être « remboursée » à la fin.

Gravité répulsive

« Dans la théorie de la relativité générale, nous supposons généralement que l'énergie est supérieure à zéro, en tout temps et partout dans l'univers, " explique le professeur Daniel Grumiller de l'Institut de physique théorique de la TU Wien (Vienne). Cela a une conséquence très importante pour la gravité :l'énergie est liée à la masse via la formule E=mc². Énergie négative signifierait donc aussi masse négative. Les masses positives s'attirent, mais avec une masse négative, la gravité pourrait soudainement devenir une force répulsive.

Théorie des quanta, cependant, permet l'énergie négative. « Selon la physique quantique, il est possible d'emprunter de l'énergie à un vide à un certain endroit, comme l'argent d'une banque, " dit Daniel Grumiller. " Pendant longtemps, nous ne connaissions pas maintenant le montant maximum de ce type de crédit énergétique et les éventuels taux d'intérêt à payer. Diverses hypothèses sur cet « intérêt » (connu dans la littérature sous le nom d'« intérêt quantique ») ont été publiées, mais aucun résultat global n'a été convenu.

La "condition d'énergie nulle quantique" (QNEC), qui a fait ses preuves en 2017, prescrit certaines limites aux « emprunts » d'énergie en liant théorie de la relativité et physique quantique :Une énergie inférieure à zéro est ainsi autorisée, mais seulement dans une certaine plage et seulement pendant un certain temps. Combien d'énergie peut être
empruntée au vide avant que la limite de crédit énergétique ne soit épuisée dépend d'une grandeur physique quantique, l'entropie d'intrication.

« Dans un certain sens, l'entropie d'intrication est une mesure de la force avec laquelle le comportement d'un système est régi par la physique quantique, " dit Daniel Grumiller. " Si l'intrication quantique joue un rôle crucial à un moment donné dans l'espace, par exemple près du bord d'un trou noir, alors un flux d'énergie négatif peut se produire pendant un certain temps, et les énergies négatives deviennent possibles dans cette région."

Grumiller était maintenant en mesure de généraliser ces calculs spéciaux avec Max Riegler et Pulastya Parekh. Max Riegler a terminé sa thèse dans le groupe de recherche de Daniel Grumiller à la TU Wien et travaille actuellement comme post-doctorant à Harvard. Pulastya Parekh de l'IIT de Kanpur (Inde) a été invitée à l'Institut Erwin Schrödinger et à la TU Wien.

"Toutes les considérations précédentes ont toujours fait référence aux théories quantiques qui suivent les symétries de la Relativité Restreinte. Mais nous avons maintenant pu montrer que cette connexion entre énergie négative et intrication quantique est un phénomène beaucoup plus général, " dit Grumiller. Les conditions énergétiques qui interdisent clairement l'extraction de quantités infinies d'énergie d'un vide sont valables pour des théories quantiques très différentes, indépendamment des symétries.

La loi de la conservation de l'énergie ne peut pas être déjouée

Bien sûr, cela n'a rien à voir avec les "machines sur l'unité" mystiques qui génèrent prétendument de l'énergie à partir de rien, car ils sont présentés à plusieurs reprises dans les cercles ésotériques. "Le fait que la nature permette une énergie inférieure à zéro pendant une certaine période de temps à un certain endroit ne signifie pas que la loi de conservation de l'énergie est violée, " souligne Daniel Grumiller. " Afin de permettre des flux d'énergie négative à un certain endroit, il doit y avoir des flux d'énergie positifs compensatoires dans le voisinage immédiat."

Même si la question est un peu plus compliquée qu'on ne le pensait auparavant, l'énergie ne peut pas être obtenue à partir de rien, même si cela peut devenir négatif. Les nouveaux résultats de la recherche imposent désormais des limites strictes à l'énergie négative, le reliant ainsi aux propriétés par excellence de la mécanique quantique.