제로 포인트 에너지 - 우리 주변의 '에너지 바다'

원문 : https://www.theearthandi.org/post/zero-point-energy-the-sea-of-energy-around-us

Earth & I 인터뷰, Dr. Thorsten Ludwig

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E&I: 루드윅 박사님, 제로 포인트 에너지란 무엇인가요? 제로 포인트 에너지가 어떻게 미래의 전력원이 될 수 있을까요? 

Thorsten Ludwig 박사: 영점 에너지는 양자 역학에 내재된 개념입니다. 123년 전, 독일 물리학자 Max Planck는 에너지가 양자, 즉 에너지 "패키지"로 온다고 가정했습니다. E = nhf (E = 광자의 에너지, n = 광자 수, h = Planck 상수, f = 광자의 주파수). [에너지(J) x 시간(초)으로 측정되는 Planck 상수 h는 광자의 에너지와 주파수 사이의 비례 상수로 작용하며 약 6.626 x 10^-34 줄-초(J⋅s)의 값을 가집니다.]

 © Thorsten Ludwig

이는 레이저의 개발과 아원자 세계에 대한 이해, 그리고 이와 관련된 많은 다른 것들로 이어진 성공적인 이론입니다. 하지만 또한 이 이론의 일부는 0도에서 온도나 절대 영도(켈빈)가 없을 때에도 여전히 에너지의 양이 0이 아니라는 것입니다. 여전히 영점 에너지라고 불리는 에너지가 남아 있습니다. 또한 원자 입자가 완전히 가만히 있을 수 없기 때문에 원자 입자의 흔들림과 유사한 양자 변동이 있다고 말할 수도 있습니다.

이를 보는 또 다른 방법은 하이젠베르크의 불확정성 원리입니다. 기본적으로 이는 우리가 입자의 정확한 에너지와 시간을 동시에 알 수 없다는 것을 의미하며, 이는 입자의 위치와 운동량을 동시에 알 수 없는 것과 마찬가지입니다. 이 하이젠베르크의 원리는 작은 불확정성 영역을 설명하며, 그 안에는 변동이 있을 수 있습니다. 예를 들어, 짧은 시간 내에 양전자와 전자가 생겨나 다시 소멸될 수 있습니다.

전자, 양성자 또는 다른 입자가 이러한 변동하는 장에 들어가면, 그 장과 물리적 속성이 변합니다. 이것은 우리가 공간의 속성을 살펴보게 합니다. 그렇다면 진공에서 빛의 속도가 초당 약 186,282마일(약 299,791.82km)인 이유는 무엇일까요? 파동이 이 속도로 이동하는 이유는 무엇일까요? 그것은 공간의 속성과 관련이 있습니다. 양전자, 전자, 장이 있다면, 진공 분극이라고 하는 분극이 있을 것입니다.

또한 파란색 광자, 녹색 광자, 적외선 광자도 있습니다. 이들은 잠시 나타났다가 다시 사라집니다. 이 모든 활동은 저절로 일어나고 있다고 말할 수 있고, 하이젠베르크의 불확정성 원리에 의해 기술된 현상 때문에 일어나고 있습니다. 이는 설명하기에 훨씬 더 깊은 주제가 될 것입니다. 하지만 어쨌든 그것은 존재합니다. 과학자들은 그것을 발견했고, 이는 우주에 입자와 파동의 활동이 있다는 결론으로 ​​이어집니다. 따라서 우주 자체에 에너지의 바다가 있다고 말할 수 있습니다. 이 모든 것을 영점 에너지라고 합니다.

할 수 있는 실험은 여러 가지가 있습니다. 저는 종종 카지미르 효과로 작업하는데, 왜냐하면 그것이 에너지와 다른 효과로 이어질 것이기 때문입니다. 그리고 다른 매우 기본적인 연구 실험은 이 영점 에너지가 실제로 존재한다는 것을 보여주었습니다.

카지미르 효과는 네덜란드 물리학자 헨드릭 카지미르의 이름을 따서 명명되었습니다. 그는 두 개의 금속판을 서로 평행한 공간에 놓고, 금속판 바깥쪽에 전자기파가 더 많은 공간을 만들고, 판 사이에 파동이 제한되는 공간을 만드는 간단한 아이디어를 냈습니다. 짧은 파동만이 작은 공간에 들어갈 수 있습니다. 바깥쪽에 파동이 더 많고 안쪽에 파동이 적을 때, 광자 압력, 즉 힘이 생성되어 판을 서로 누르며, 그 힘을 측정할 수 있습니다.

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이것은 실험을 시작하기에 좋은 효과입니다. 왜냐하면 이것은 무언가를 할 수 있는 힘이고, 개발하여 에너지와 관련시킬 수 있는 힘이기 때문입니다. 변위를 따라 힘을 가하면 에너지를 얻습니다. 이는 밀접한 관련이 있습니다.

카시미르 효과를 사용하여 우주의 속성을 연구하는 방법도 여러 가지가 있습니다. 그렇지 않으면 때로는 매우 큰 장비가 필요한 입자 가속기가 필요하고 수십억 달러와 수백 명의 과학자가 연구해야 합니다. 예를 들어 전자에서 보이는 전하를 변화시키는 진공 분극을 연구할 수 있습니다. 전자를 충돌시키고 관찰에서 점점 더 가까이 다가가면 이 효과를 볼 수 있습니다. 몇 년 전 일본 과학자들이 이 분야에서 매우 성공적인 연구를 했고 이 효과를 아주 잘 관찰했습니다. 하지만 그러려면 큰 입자 가속기가 필요합니다.

카시미르 효과는 탁상 실험에 사용할 수 있으며, 에너지 생산이나 추진 또는 이에 상응하는 효과에 사용될 수 있는 좋은 잠재력을 가지고 있습니다.

에너지의 바다로 돌아가서, 그것은 근본적으로 양자 역학 이론에 내재되어 있습니다. 막스 플랑크가 그의 첫 공식을 처음 제시한 지 12년 후, 그는 1912년에 수정된 공식을 제시했습니다. 플랑크의 복사 방정식은 주파수에 기반한 공진기에서 방출되는 에너지를 설명합니다. 이 수정된 양자 이론은 첫 번째 공식에서 약간의 변경, 즉 잔여 에너지 계수인 E = nhf/2가 필요했습니다. 그는 매우 정확한 실험을 통해 양자 역학 이론을 작동시키려면 이 영점 에너지 개념이 필요하다는 것을 알아챘습니다.

다음 단계는 이것을 우주에서의 활동과 에너지의 바다로 생각하는 것입니다. 유명한 러시아 과학자이자 반체제 인사인 안드레이 사하로프는 영점 에너지가 중력에 미치는 영향을 연구했고, 그의 계산으로 매우 정확한 결과를 얻었습니다. 이 모든 것이 우리가 살고 있는 에너지의 바다라는 생각으로 이어집니다.

계산을 하면 매우 많은 양의 에너지가 나옵니다. 1입방인치의 공간은 대략 10^120줄의 에너지를 저장할 것입니다. … 파장이 짧을수록 주파수가 높아지고 주파수 범위에 더 많은 에너지가 있습니다. 가장 짧은 파장(양자 길이)과 가장 높은 주파수는 무엇일까요? 제한 없이 계산하면 매우 높은 에너지를 얻습니다. 가장 높은 관찰 가능한 주파수를 차단점으로 사용하면 숫자는 높지만 더 실행 가능합니다.

이론적 개념은 매우 잘 기반을 두고 있습니다. 카시미르 효과는 이러한 힘을 측정하는 데 도움이 됩니다. 카시미르 효과는 측정 가능한 복사압 차이를 생성합니다. 에너지를 측정하려면 에너지 바다의 변화가 필요합니다. 전자가 에너지 바다에 들어가면 측정 가능한 변화가 발생합니다.

E&I: 이 에너지를 활용하는 것이 어떻게 가능할까요? 

Thorsten Ludwig 박사: 카시미르 효과를 사용하려는 실험이 몇 가지 있습니다. 상당한 예산을 가지고 일할 수 있는 NASA 과학자 Harold White는 카시미르 효과를 사용할 수 있는 미세 구조를 만들었습니다. 현재 연구는 평평한 판이 아니라 구조화된 판을 사용하여 카시미르 효과를 생성하는 데 중점을 두고 있습니다. 완전한 평평한 판 대신 구조화된 판에는 매우 작고 미세한 홈이 있습니다. 이러한 공동이 있으면 카시미르 힘이 반전되는 방식으로 물리가 변경됩니다. 힘에서 모터로 이동하려면 전자기 모터처럼 극성을 반전할 수 있습니다. 그러면 올바른 방법으로 하면 회전이 발생합니다. 목표는 극성을 반전할 수 있는 구조를 만드는 것입니다. 현재 저는 카시미르 효과의 개념을 사용하여 사용 가능한 기계를 개발하는 전 세계에서 진행 중인 연구 프로젝트가 약 5개 있다는 것을 알고 있습니다.

진공 상태에서 에너지를 생성할 수 있다는 것을 명확히 보여줄 수 있다면 이미 성과일 것입니다. 저는 아직 영점 에너지를 무언가를 움직일 수 있는 힘으로 변환할 수 있다는 것을 명확히 증명하는 기본 물리학 실험을 본 적이 없습니다. 이러한 실험 중 하나가 이를 보여주는 것이 중요합니다.

실용적인 관점에서 보면, 아마도 이 질문은 덜 중요할 것입니다. 발명가 유형과 같은 많은 실험과 실험자를 위한 공간이 있습니다. 영점 에너지는 또한 자기 자체와 매우 관련이 있습니다. 예를 들어, 영구 자석의 에너지는 어디에서 나올까요? 입자의 회전, 자기 모멘트, 영점 에너지 사이에는 깊은 관계가 있습니다. (저는 제 논문 " 자기 음향 공명을 이용한 콜러 자기 전류 장치 튜닝 "에서 이에 대해 썼습니다.)

많은 과학자와 발명가들은 다양한 변형으로 일반 자석과 전자석을 사용하여 어딘가에서 에너지를 가져오는 기계를 만듭니다. 저는 "어딘가에서 온 에너지"라고 말하는데, 에너지의 바다와 그로부터 얻는 힘이 기계에 대한 입력이 될 것이기 때문입니다. 이 주제를 좋아하지 않는 일부 사람들은 영구 운동 기계라고 비웃으려고 하지만, 그게 전부가 아닙니다. 스스로 작동하는 기계에 대한 것이 아닙니다. 오히려 에너지의 흐름, 예를 들어 영점 에너지 또는 다른 종류의 에너지를 변환하는 기계입니다. 우리 주변에는 영점 에너지뿐만 아니라 여러 에너지원이 있습니다. 기계로의 이 에너지 흐름이 기계를 구동합니다. 자석을 사용하는 것은 좋은 방법입니다. 많은 자기 모터 연구 프로젝트가 있습니다.

이러한 프로젝트는 연구 단계에 있으며 아직 시장성 있는 응용 프로그램이 없습니다. 이러한 프로젝트는 개선을 위해 많은 노력, 시간 및 비용이 필요합니다. 예를 들어, Hans Coler가 거의 100년 전에 처음 만든 자기 전류 장치를 살펴보겠습니다[ The Earth & I 기사 " Reimagining Energy " 참조]. 저는 20년 동안 이 장치를 간헐적으로 작업해 왔습니다. 기본 Coler 자기 전류 장치는 반 와트만 생성합니다. 그것이 해야 할 전부였고 Coler가 본 전부였습니다. 하지만 작동하고 있기 때문에 여전히 흥미롭습니다.

 ©Thorsten Ludwig

이제, 콜러의 전류 장치는 다른 기계였습니다. 그것은 6kW의 전력을 생산할 수 있었습니다. 물론 훨씬 더 흥미롭지만, 우리는 이용할 수 있는 정보가 적습니다. 예를 들어 영국 기록 보관소와 콜러가 직접 사용한 특허에서 얻을 수 있는 정보를 취하면, 이 장치는 훨씬 더 많은 잠재력을 제공합니다. 하지만 그것을 재구축하는 것은 쉽지 않습니다. 그 원리를 찾으려면 훨씬 더 많은 시간, 에너지, 그리고 돈이 필요할 것입니다.

콜러는 영구 자석이나 전자석을 통해 전류를 흐르게 했고, 동시에 기계적, 자기적, 전기적 공명 회로를 사용했습니다. 세 개의 공명 회로가 모두 상호 연결되어 있습니다. 이는 에너지를 활용하는 효과적인 방법이지만, 이를 조정하고, 처음부터 내부 공명을 자극하는 것은 매우 어렵습니다. 하나, 둘 또는 세 개의 공명 회로를 조정하는 것은 이미 쉽지 않지만, 열 개를 서로 다른 수준에서 조정하는 것은 매우 어렵습니다. 마치 건초더미에서 바늘을 찾는 것과 같습니다.

이미 다른 흥미로운 자기 모터가 많이 있습니다. 하지만 투자자들이 들어와서 철저히 조사하고 시장에 내놓으려 할 때, 보통은 몇 가지 문제에 부딪힙니다. 더 많은 시간과 연구가 필요합니다. 

E&I: 루드윅 박사님, 감사합니다.

*Dr. Thorsten Ludwig is a pioneer in new energy research. He is the Senior Scientist and Owner, New Energy Technologies, in Pritzwalk, near Berlin, Germany. He earned his Doctor of Natural Science at the Technical University of Berlin, Germany.For further reading, Dr. Ludwig recommends his article “Quantum field energy sensor based on the Casimir effect,” Physics Procedia 38 ( 2012 ) 54 – 65,Elsevier B.V.