नकारात्मक ऊर्जा

नकारात्मक ऊर्जा एक अवधारणा है जिसका उपयोग भौतिकी में कुछ क्षेत्र (भौतिकी) की प्रकृति को समझाने के लिए किया जाता है, जिसमें गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र और विभिन्न क्वांटम क्षेत्र प्रभाव शामिल हैं।

गुरुत्वाकर्षण क्षमता ऊर्जा

गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा को नकारात्मक होने के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, लेकिन इसका कोई भौतिक अर्थ नहीं है क्योंकि एक संभावित ऊर्जा को हमेशा एक स्थिरांक तक परिभाषित किया जाता है। गुरुत्वाकर्षण एक क्षमता से प्राप्त एक बल है, इसलिए, द्रव्यमान की वस्तु के लिए $m$ पर $P$ द्रव्यमान की वस्तु की तरह एक बिंदु द्वारा बनाए गए क्षेत्र में $M$ पर $O$ ,

${\vec {F}}_{m/M}={\frac {-GmM{\vec {OP}}}{\|OP\|^{3}}}=-{\vec {\nabla }}\Phi (P)$ इस अंतर समीकरण को हल करने से होता है

 $\Phi (P)={\frac {-GmM}{\|OP\|}}+K$

$K$ अक्सर 0 के बराबर लिया जाता है ताकि अनंत पर संभावित ऊर्जा 0 है, फिर संभावित ऊर्जा हमेशा किसी भी दूरी के लिए नकारात्मक होती है।इसके लिए कोई शारीरिक आवश्यकता नहीं है $K$ 0 होने के लिए, यह मनमाने ढंग से सकारात्मक हो सकता है।संभावित ऊर्जा को क्षेत्र ऊर्जा घनत्व या उसके अभिन्न के साथ भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए, भले ही संबंधित हो। जैसे -जैसे दो बड़े पैमाने पर वस्तुएं एक -दूसरे की ओर बढ़ती हैं, गति गुरुत्वाकर्षण के तहत तेज होती है, जिससे सिस्टम की (सकारात्मक) गतिज ऊर्जा में वृद्धि होती है और वस्तु की गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा में समान मात्रा में कमी होती है।ऐसा इसलिए है क्योंकि ऊर्जा के संरक्षण के नियम के लिए आवश्यक है कि सिस्टम की शुद्ध ऊर्जा नहीं बदलेगी।गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा एक प्रकार की बाध्यकारी ऊर्जा है। ^[1] एक ब्रह्मांड जिसमें सकारात्मक ऊर्जा हावी हो जाती है, अंततः एक बड़े क्रंच में ढह जाएगी, जबकि एक खुला ब्रह्मांड जिसमें नकारात्मक ऊर्जा हावी है, या तो अनिश्चित काल तक विस्तार करेगी या अंततः एक बड़े चीर में विघटित हो जाएगी।शून्य -ऊर्जा ब्रह्मांड मॉडल (फ्लैट या यूक्लिडियन) में, ब्रह्मांड में ऊर्जा की कुल मात्रा बिल्कुल शून्य है: पदार्थ के रूप में सकारात्मक ऊर्जा की मात्रा गुरुत्वाकर्षण के रूप में इसकी नकारात्मक ऊर्जा द्वारा बिल्कुल रद्द कर दी जाती है।^[2] यह स्पष्ट नहीं है कि, यदि कोई हो, तो इन मॉडलों में से वास्तविक ब्रह्मांड का सही वर्णन है।

क्वांटम फील्ड इफेक्ट्स

नकारात्मक ऊर्जा और नकारात्मक ऊर्जा घनत्व क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के अनुरूप हैं।^[3]

आभासी कण

क्वांटम थ्योरी में, अनिश्चितता सिद्धांत अंतरिक्ष के वैक्यूम को आभासी कण ों के कण-एंटीपार्टिकल जोड़े से भरे जाने की अनुमति देता है जो अनायास दिखाई देते हैं और केवल थोड़े समय के लिए मौजूद होते हैं, आमतौर पर, खुद को फिर से नष्ट कर देते हैं।इनमें से कुछ आभासी कणों में नकारात्मक ऊर्जा हो सकती है।उनका व्यवहार कई महत्वपूर्ण घटनाओं में एक भूमिका निभाता है, जैसा कि नीचे वर्णित है।

कासिमिर प्रभाव

कासिमीर प्रभाव में, दो फ्लैट प्लेटों को एक साथ रखा गया है जो एक साथ क्वांटा की तरंग दैर्ध्य को प्रतिबंधित करता है जो उनके बीच मौजूद हो सकता है।यह बदले में प्रकारों को प्रतिबंधित करता है और इसलिए आभासी कण जोड़े की संख्या और घनत्व जो हस्तक्षेप करने वाले वैक्यूम में बन सकता है और परिणामस्वरूप नकारात्मक ऊर्जा घनत्व हो सकता है।चूंकि यह प्रतिबंध मौजूद नहीं है या प्लेटों के विपरीत किनारों पर बहुत कम महत्वपूर्ण है, प्लेटों के बाहर के बल प्लेटों के बीच की तुलना में अधिक हैं।यह प्लेटों को एक दूसरे पर खींचने के लिए प्रकट होता है, जिसे मापा गया है।अधिक सटीक रूप से, आभासी कण जोड़े के कारण होने वाली वैक्यूम ऊर्जा प्लेटों को एक साथ धकेल रही है, और प्लेटों के बीच वैक्यूम ऊर्जा इस प्रभाव को नकारने के लिए बहुत कम है क्योंकि कम आभासी कणों को प्लेटों के बीच प्रति यूनिट मात्रा में मौजूद हो सकता है।^[4]

निचोड़ा हुआ प्रकाश

लेजर लाइट के कई बीमों की व्यवस्था करना संभव है जैसे कि विनाशकारी क्वांटम हस्तक्षेप वैक्यूम के उतार -चढ़ाव को दबाता है।इस तरह की निचोड़ा हुआ वैक्यूम राज्य में नकारात्मक ऊर्जा शामिल है।प्रकाश की दोहरावदार तरंग सकारात्मक और नकारात्मक ऊर्जा के वैकल्पिक क्षेत्रों की ओर जाता है।^[4]

dirac सागर

1930 में पॉल डीरेक द्वारा विकसित द डायरेक सागर के सिद्धांत के अनुसार, अंतरिक्ष का खालीपन नकारात्मक ऊर्जा से भरा है।यह सिद्धांत DIRAC समीकरण द्वारा भविष्यवाणी की गई नकारात्मक-ऊर्जा क्वांटम राज्यों की विसंगति को समझाने के लिए विकसित किया गया था।

1932 में कार्ल डेविड एंडरसन द्वारा पोजीट्रान की खोज से दो साल पहले प्रतिकण के अस्तित्व की सही भविष्यवाणी की गई सी डिराक थ्योरी ने सही ढंग से एंटीमैटर के अस्तित्व की भविष्यवाणी की।हालांकि, Dirac Sea सिद्धांत एंटीमैटर को एक छेद के रूप में मानता है जहां एक वास्तविक कण के बजाय एक कण की अनुपस्थिति होती है।1930 के दशक में विकसित क्वांटम फील्ड थ्योरी (QFT), एंटीमैटर से संबंधित है, जो कणों की अनुपस्थिति के बजाय वास्तविक कणों से बने एंटीमैटर का इलाज करता है, और नकारात्मक-ऊर्जा कणों से भरे होने के बजाय एक वैक्यूम को कणों के खाली होने के रूप में मानता है।जैसे डिरैक सी थ्योरी में।

क्वांटम फील्ड थ्योरी ने भौतिकी के इन पहलुओं के अधिक लोकप्रिय स्पष्टीकरण के रूप में डिराक सी थ्योरी को विस्थापित कर दिया है।Dirac Sea Theory और Quantum Field Theory दोनों एक Bogoliubov परिवर्तन के माध्यम से बराबर हैं, इसलिए Dirac Se को क्वांटम फील्ड सिद्धांत के वैकल्पिक सूत्रीकरण के रूप में देखा जा सकता है, और इस प्रकार इसके अनुरूप है।^[5]

क्वांटम गुरुत्वाकर्षण घटना

ब्लैक होल के आसपास के तीव्र गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र घटनाएं पैदा करते हैं जो गुरुत्वाकर्षण और क्वांटम प्रभाव दोनों के लिए जिम्मेदार होते हैं।इन स्थितियों में, एक कण की हत्या वेक्टर को इस तरह से घुमाया जा सकता है कि इसकी ऊर्जा नकारात्मक हो जाए।^[6]

हॉकिंग विकिरण

आभासी कण छोटी अवधि के लिए मौजूद हो सकते हैं।जब इस तरह के कणों की एक जोड़ी ब्लैक होल के इवेंट क्षितिज के बगल में दिखाई देती है, तो उनमें से एक को अंदर खींच लिया जा सकता है। यह अपने हत्या के वेक्टर को घुमाता है ताकि इसकी ऊर्जा नकारात्मक हो जाए और जोड़ी में कोई शुद्ध ऊर्जा न हो।यह उन्हें वास्तविक बनने की अनुमति देता है और सकारात्मक कण हॉकिंग विकिरण के रूप में बच जाता है, जबकि नकारात्मक-ऊर्जा कण ब्लैक होल की शुद्ध ऊर्जा को कम करता है।इस प्रकार, एक ब्लैक होल धीरे -धीरे वाष्पित हो सकता है।^[7]^[8]

ब्लैक होल गला घोंटना और क्वासर

एक घूर्णन ब्लैक होल के लिए, रोटेशन घटना क्षितिज के बाहर एक एर्गोस्फीयर बनाता है।चूंकि एर्गोस्फीयर घटना क्षितिज के बाहर है, इसलिए कण इससे बच सकते हैं।एर्गोस्फीयर के भीतर, इसे नकारात्मक ऊर्जा देने के लिए एक कण की हत्या वेक्टर को घुमाया जा सकता है।नकारात्मक-ऊर्जा कण तब घटना क्षितिज को ब्लैक होल में पार करता है, ऊर्जा के संरक्षण के कानून के साथ आवश्यक है कि सकारात्मक ऊर्जा की एक समान मात्रा से बच जाना चाहिए।यह माना जाता है कि क्वासर्स द्वारा उत्सर्जित तीव्र विकिरण कैसे उत्पन्न होता है।^[9]

सट्टा सुझाव

वर्महोल

नकारात्मक ऊर्जा वर्महोल के सट्टा सिद्धांत में दिखाई देती है, जहां वर्महोल को खुला रखने के लिए इसकी आवश्यकता होती है।एक वर्महोल सीधे दो स्थानों को जोड़ता है जो अंतरिक्ष और समय दोनों में मनमाने ढंग से अलग-अलग अलग हो सकते हैं, और सिद्धांत रूप में उनके बीच निकट-तात्कालिक यात्रा की अनुमति देता है।हालांकि रोजर पेनरोज़ जैसे भौतिक विज्ञानी अवास्तविक, अटकलों की तुलना में अधिक कल्पना के रूप में ऐसे विचारों को मानते हैं।^[10]

ताना ड्राइव

नकारात्मक ऊर्जा को शामिल करते हुए, स्पेसशिप के लिए एक तेज-से-प्रकाश (एफटीएल) ताना ड्राइव के लिए एक सैद्धांतिक सिद्धांत का सुझाव दिया गया है।Alcubierre ड्राइव में आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के समीकरणों का एक समाधान शामिल है, जिसमें स्पेसटाइम के एक बुलबुले को इसके पीछे अंतरिक्ष का विस्तार करके और इसके सामने जगह सिकोड़कर तेजी से स्थानांतरित किया जाता है।^[4]

यह भी देखें

संदर्भ

इनलाइन नोट्स

↑ Alan Guth The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins (1997), Random House, ISBN 0-224-04448-6 Appendix A: Gravitational Energy demonstrates the negativity of gravitational energy.
↑ Stephen Hawking; The Grand Design, 2010, Page 180.
↑ Everett, Allen; Roman, Thomas (2012). समय यात्रा और ताना ड्राइव. University of Chicago Press. p. 167. ISBN 978-0-226-22498-5.
↑ ^4.0 ^4.1 ^4.2 Ford and Roman 2000
↑ López de Recalde, Andrea (2017). द स्टैंडर्ड इलेक्ट्रो-वेक थ्योरी, दूसरा संस्करण. Morrisville, North Carolina: LuLu Press, Inc. p. 65. ISBN 978-1-365-65887-7.
↑ Penrose 2005, pp. 833-4, 836-7
↑ Stephen Hawking; A Brief History of Time, Bantam 1988, Pages 105-107. ISBN 0-593-01518-5
↑ Penrose 2005, pp. 836-7
↑ Penrose 2005, pp. 836-9
↑ Penrose 2005, pp.833-4. "... an (in my opinion misguided) intention to show that some kind of science-fiction 'wormhole' travel between universes..."

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ग्रन्थसूची

Lawrence H. Ford and Thomas A. Roman; "Negative energy, wormholes and warp drive", Scientific American January 2000, 282, Pages 46–53.
Roger Penrose; The Road to Reality, ppbk, Vintage, 2005. Chapter 30: Gravity's Role in Quantum State Reduction.श्रेणी: ऊर्जा (भौतिकी)

[1] Alan Guth The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins (1997), Random House, ISBN 0-224-04448-6 Appendix A: Gravitational Energy demonstrates the negativity of gravitational energy.

[2] Stephen Hawking; The Grand Design, 2010, Page 180.

[3] Everett, Allen; Roman, Thomas (2012). समय यात्रा और ताना ड्राइव. University of Chicago Press. p. 167. ISBN 978-0-226-22498-5.

[fordroman-4] 4.0 ^4.1 ^4.2 Ford and Roman 2000

[5] López de Recalde, Andrea (2017). द स्टैंडर्ड इलेक्ट्रो-वेक थ्योरी, दूसरा संस्करण. Morrisville, North Carolina: LuLu Press, Inc. p. 65. ISBN 978-1-365-65887-7.

[6] Penrose 2005, pp. 833-4, 836-7

[7] Stephen Hawking; A Brief History of Time, Bantam 1988, Pages 105-107. ISBN 0-593-01518-5

[8] Penrose 2005, pp. 836-7

[9] Penrose 2005, pp. 836-9

[10] Penrose 2005, pp.833-4. "... an (in my opinion misguided) intention to show that some kind of science-fiction 'wormhole' travel between universes..."

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