Energía de punto cero

La energía del punto cero evolucionó a partir de ideas históricas sobre el vacío . Para Aristóteles, el vacío era τὸ κενόν , "el vacío"; es decir, el espacio independiente del cuerpo. Creía que este concepto violaba los principios físicos básicos y afirmaba que los elementos fuego , aire , tierra y agua no estaban hechos de átomos, sino que eran continuos. Para los atomistas, el concepto de vacío tenía un carácter absoluto: era la distinción entre existencia y no existencia. ^{[ 21 ]} El debate sobre las características del vacío se limitó en gran medida al ámbito de la filosofía ; no fue hasta mucho más tarde, con el comienzo del Renacimiento , que Otto von Guericke inventó la primera bomba de vacío y comenzaron a surgir las primeras ideas científicas comprobables. Se pensaba que se podía crear un volumen de espacio totalmente vacío simplemente eliminando todos los gases. Este fue el primer concepto de vacío generalmente aceptado. ^{[ 22 ]}

Sin embargo, a finales del siglo XIX, se hizo evidente que la región evacuada aún contenía radiación térmica . La existencia del éter como sustituto de un verdadero vacío era la teoría más extendida de la época. Según la exitosa teoría del éter electromagnético basada en la electrodinámica de Maxwell , este éter omnipresente estaba dotado de energía y, por lo tanto, era muy diferente de la nada. El hecho de que los fenómenos electromagnéticos y gravitacionales se transmitieran en el espacio vacío se consideró evidencia de que sus éteres asociados formaban parte del tejido mismo del espacio. Sin embargo, Maxwell señaló que, en su mayor parte, estos éteres eran ad hoc :

Para quienes sostenían la existencia de un plenum como principio filosófico, la aversión de la naturaleza al vacío era razón suficiente para imaginar un éter que lo abarcara todo  ... Los éteres se inventaron para que los planetas nadaran en ellos, para constituir atmósferas eléctricas y efluvios magnéticos, para transmitir sensaciones de una parte de nuestro cuerpo a otra, y así sucesivamente, hasta que un espacio se hubiera llenado tres o cuatro veces con éteres. ^{[ 23 ]}

Además, los resultados del experimento de Michelson-Morley en 1887 fueron la primera evidencia contundente de que las teorías del éter, entonces predominantes, presentaban graves fallos, confirmando explícitamente la invariancia de la velocidad de la luz predicha por las ecuaciones de Maxwell, tal como se axiomatizó posteriormente en la relatividad especial , que descartó por completo la idea de un éter estacionario. Para los científicos de la época, parecía posible crear un verdadero vacío en el espacio mediante el enfriamiento y, por lo tanto, la eliminación de toda radiación o energía. De esta idea surgió el segundo concepto para lograr un vacío real: enfriar una región del espacio hasta la temperatura del cero absoluto tras su evacuación. El cero absoluto era técnicamente imposible de alcanzar en el siglo XIX, por lo que el debate quedó sin resolver.

En 1900, Max Planck derivó la energía promedio ε de un único radiador de energía , por ejemplo, una unidad atómica vibrante, en función de la temperatura absoluta: ^{[ 24 ]}$${\displaystyle \varepsilon ={\frac {h\nu }{e^{h\nu /(kT)}-1}}\,,}$$ donde h es la constante de Planck , ν es la frecuencia , k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura absoluta . La energía del punto cero no contribuye a la ley original de Planck, ya que su existencia era desconocida para Planck en 1900. ^{[ 25 ]}

El concepto de energía de punto cero fue desarrollado por Max Planck en Alemania en 1911 como un término correctivo añadido a una fórmula de base cero desarrollada en su teoría cuántica original en 1900. ^{[ 26 ]}

En 1912, Max Planck publicó el primer artículo en una revista científica que describía la emisión discontinua de radiación, basada en los cuantos discretos de energía. ^{[ 27 ]} En la "segunda teoría cuántica" de Planck, los resonadores absorbían energía de forma continua, pero la emitían en cuantos discretos solo cuando alcanzaban los límites de celdas finitas en el espacio de fases, donde sus energías se convertían en múltiplos enteros de hν . Esta teoría condujo a Planck a su nueva ley de radiación, pero en esta versión los resonadores de energía poseían una energía de punto cero, la energía promedio más pequeña que un resonador podía adquirir. La ecuación de radiación de Planck contenía un factor de energía residual, uno ⁠ hν / 2 ⁠ , como un término adicional que dependía de la frecuencia ν , que era mayor que cero (donde h es la constante de Planck). Por lo tanto, existe un amplio consenso en que "la ecuación de Planck marcó el nacimiento del concepto de energía de punto cero". ^{[ 28 ]} En una serie de artículos de 1911 a 1913, ^{[ 29 ]} Planck encontró que la energía promedio de un oscilador era: ^{[ 26 ] [ 30 ]}$${\displaystyle \varepsilon ={\frac {h\nu }{2}}+{\frac {h\nu }{e^{h\nu /(kT)}-1}}~.}$$

Pronto, la idea de la energía del punto cero atrajo la atención de Albert Einstein y su asistente Otto Stern . ^{[ 31 ]} En 1913 publicaron un artículo que intentaba demostrar la existencia de la energía del punto cero calculando el calor específico del gas hidrógeno y comparándolo con los datos experimentales. Sin embargo, después de asumir que habían tenido éxito, retiraron su apoyo a la idea poco después de la publicación porque encontraron que la segunda teoría de Planck podría no aplicarse a su ejemplo. En una carta a Paul Ehrenfest del mismo año, Einstein declaró que la energía del punto cero estaba "muerta como un clavo". ^{[ 32 ]} La energía del punto cero también fue invocada por Peter Debye , ^{[ 33 ]} quien observó que la energía del punto cero de los átomos de una red cristalina causaría una reducción en la intensidad de la radiación difractada en la difracción de rayos X incluso cuando la temperatura se acercaba al cero absoluto. En 1916 Walther Nernst propuso que el espacio vacío estaba lleno de radiación electromagnética del punto cero . ^{[ 34 ]} Con el desarrollo de la relatividad general, Einstein descubrió que la densidad de energía del vacío contribuía a una constante cosmológica para obtener soluciones estáticas a sus ecuaciones de campo; la idea de que el espacio vacío, o el vacío, pudiera tener alguna energía intrínseca asociada había regresado, y Einstein afirmó en 1920:

Existe un argumento contundente a favor de la hipótesis del éter. Negar el éter implica, en última instancia, asumir que el espacio vacío carece por completo de cualidades físicas. Los principios fundamentales de la mecánica no concuerdan con esta visión  … Según la teoría general de la relatividad, el espacio está dotado de cualidades físicas; en este sentido, por lo tanto, existe un éter. De acuerdo con la teoría general de la relatividad, un espacio sin éter es impensable, pues en tal espacio no solo no habría propagación de la luz, sino también posibilidad de existencia de patrones de espacio y tiempo (varillas y relojes), ni, por consiguiente, intervalos espaciotemporales en el sentido físico. Sin embargo, no se puede concebir este éter como dotado de la cualidad característica de los medios ponderables, es decir, como compuesto de partes que pueden rastrearse a través del tiempo. No se le puede aplicar la idea de movimiento. ^{[ 35 ] [ 36 ]}

Kurt Bennewitz y Francis Simon (1923), ^{[ 37 ]} que trabajaban en el laboratorio de Walther Nernst en Berlín, estudiaron el proceso de fusión de sustancias químicas a bajas temperaturas. Sus cálculos de los puntos de fusión del hidrógeno , el argón y el mercurio los llevaron a concluir que los resultados proporcionaban evidencia de una energía de punto cero. Además, sugirieron correctamente, como fue verificado posteriormente por Simon (1934), ^{[ 38 ] [ 39 ]} que esta cantidad era responsable de la dificultad para solidificar el helio incluso en el cero absoluto. En 1924, Robert Mulliken ^{[ 40 ]} proporcionó evidencia directa de la energía de punto cero de las vibraciones moleculares al comparar el espectro de bandas de ¹⁰ BO y ¹¹ BO: la diferencia isotópica en las frecuencias de transición entre los estados vibracionales fundamentales de dos niveles electrónicos diferentes desaparecería si no hubiera energía de punto cero, en contraste con los espectros observados. Luego, apenas un año después, en 1925, ^{[ 41 ]} con el desarrollo de la mecánica matricial en el artículo de Werner Heisenberg " Reinterpretación teórica cuántica de las relaciones cinemáticas y mecánicas ", la energía del punto cero se derivó de la mecánica cuántica. ^{[ 42 ]}

En 1913, Niels Bohr propuso lo que ahora se conoce como el modelo atómico de Bohr, ^{[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]} pero, a pesar de ello, seguía siendo un misterio por qué los electrones no caían en sus núcleos. Según las ideas clásicas, el hecho de que una carga acelerada pierda energía por radiación implicaba que un electrón debería caer en espiral hacia el núcleo y que los átomos no deberían ser estables. Este problema de la mecánica clásica fue bien resumido por James Hopwood Jeans en 1915: «Habría una dificultad muy real al suponer que la ley (de fuerza) ⁠ 1 / r ² ⁠ se cumple hasta los valores cero de r . Porque la fuerza entre dos cargas a distancia cero sería infinita; tendríamos cargas de signo opuesto acercándose continuamente y, una vez juntas, ninguna fuerza sería suficiente para separarlas. [...] Así, la materia del universo tendería a encogerse hasta desaparecer o a disminuir indefinidamente de tamaño». ^{[ 46 ]} La solución a este enigma llegó en 1926 cuando Erwin Schrödinger introdujo la ecuación de Schrödinger . ^{[ 47 ]} Esta ecuación explicaba el nuevo hecho no clásico de que un electrón confinado cerca de un núcleo necesariamente tendría una gran energía cinética, de modo que la energía total mínima (cinética más potencial) se produce en una separación positiva en lugar de una separación cero; en otras palabras, la energía de punto cero es esencial para la estabilidad atómica. ^{[ 48 ]}

En 1926, Pascual Jordan ^{[ 49 ]} publicó el primer intento de cuantizar el campo electromagnético. En un artículo conjunto con Max Born y Werner Heisenberg, consideró el campo dentro de una cavidad como una superposición de osciladores armónicos cuánticos. En su cálculo, encontró que, además de la "energía térmica" de los osciladores, también debía existir un término de energía de punto cero infinito. Logró obtener la misma fórmula de fluctuación que Einstein había obtenido en 1909. ^{[ 50 ]} Sin embargo, Jordan no creía que su término de energía de punto cero infinito fuera "real", y le escribió a Einstein que "es solo una cantidad del cálculo sin significado físico directo". ^{[ 51 ]} Jordan encontró una manera de eliminar el término infinito, publicando un trabajo conjunto con Pauli en 1928, ^{[ 52 ]} realizando lo que se ha llamado "la primera sustracción infinita, o renormalización, en la teoría cuántica de campos". ^{[ 53 ]}

Basándose en el trabajo de Heisenberg y otros, la teoría de emisión y absorción de Paul Dirac (1927) ^{[ 54 ]} fue la primera aplicación de la teoría cuántica de la radiación. El trabajo de Dirac fue considerado de crucial importancia para el campo emergente de la mecánica cuántica; trataba directamente el proceso en el que las "partículas" se crean realmente: la emisión espontánea . ^{[ 55 ]} Dirac describió la cuantización del campo electromagnético como un conjunto de osciladores armónicos con la introducción del concepto de operadores de creación y aniquilación de partículas. La teoría mostró que la emisión espontánea depende de las fluctuaciones de energía del punto cero del campo electromagnético para comenzar. ^{[ 56 ] [ 57 ]} En un proceso en el que un fotón es aniquilado (absorbido), se puede pensar que el fotón hace una transición al estado de vacío. De manera similar, cuando un fotón es creado (emitido), a veces es útil imaginar que el fotón ha hecho una transición fuera del estado de vacío. En palabras de Dirac: ^{[ 54 ]}

El cuanto de luz tiene la peculiaridad de que aparentemente deja de existir cuando se encuentra en uno de sus estados estacionarios, a saber, el estado cero, en el que su momento y, por lo tanto, también su energía, son cero. Cuando un cuanto de luz es absorbido, puede considerarse que salta a este estado cero, y cuando es emitido, puede considerarse que salta del estado cero a uno en el que es físicamente evidente, de modo que parece haber sido creado. Dado que no hay límite para el número de cuantos de luz que pueden crearse de esta manera, debemos suponer que existe un número infinito de cuantos de luz en el estado cero  ...

Cuando se les pide a los físicos contemporáneos que den una explicación física a la emisión espontánea, generalmente recurren a la energía del punto cero del campo electromagnético. Esta visión fue popularizada por Victor Weisskopf, quien en 1935 escribió: ^{[ 58 ]}

De la teoría cuántica se deduce la existencia de las llamadas oscilaciones de punto cero; por ejemplo, cada oscilador en su estado más bajo no está completamente en reposo, sino que siempre se mueve alrededor de su posición de equilibrio. Por lo tanto, las oscilaciones electromagnéticas tampoco pueden cesar por completo. Así, la naturaleza cuántica del campo electromagnético tiene como consecuencia las oscilaciones de punto cero de la intensidad del campo en el estado de energía más bajo, en el que no hay cuantos de luz en el espacio  ... Las oscilaciones de punto cero actúan sobre un electrón de la misma manera que las oscilaciones eléctricas ordinarias. Pueden cambiar el autoestado del electrón, pero solo en una transición a un estado con la energía más baja, ya que el espacio vacío solo puede absorber energía, no cederla. De esta manera, surge la radiación espontánea como consecuencia de la existencia de estas intensidades de campo únicas correspondientes a las oscilaciones de punto cero. Así, la radiación espontánea es radiación inducida de cuantos de luz producida por las oscilaciones de punto cero del espacio vacío.

Esta visión fue respaldada posteriormente por Theodore Welton (1948), ^{[ 59 ]} quien argumentó que la emisión espontánea "puede considerarse como una emisión forzada que tiene lugar bajo la acción del campo fluctuante". Esta nueva teoría, que Dirac denominó electrodinámica cuántica (QED), predijo la existencia de un campo fluctuante de punto cero o "vacío" incluso en ausencia de fuentes.

A lo largo de la década de 1940, las mejoras en la tecnología de microondas permitieron realizar mediciones más precisas del desplazamiento de los niveles de un átomo de hidrógeno , ahora conocido como desplazamiento de Lamb, ^{[ 60 ]} y la medición del momento magnético del electrón. ^{[ 61 ]} Las discrepancias entre estos experimentos y la teoría de Dirac llevaron a la idea de incorporar la renormalización en la QED para abordar los infinitos de punto cero. La renormalización fue desarrollada originalmente por Hans Kramers ^{[ 62 ]} y también por Victor Weisskopf (1936), ^{[ 63 ]} y aplicada con éxito por primera vez para calcular un valor finito para el desplazamiento de Lamb por Hans Bethe (1947). ^{[ 64 ]} Al igual que la emisión espontánea, estos efectos pueden entenderse en parte con interacciones con el campo de punto cero. ^{[ 65 ] [ 11 ]} Pero a la luz de que la renormalización puede eliminar algunos infinitos de punto cero de los cálculos, no todos los físicos se sentían cómodos atribuyendo a la energía de punto cero algún significado físico, viéndola en cambio como un artefacto matemático que algún día podría ser eliminado. En la conferencia Nobel de Wolfgang Pauli de 1945 ^{[ 66 ]} dejó clara su oposición a la idea de la energía de punto cero afirmando: "Está claro que esta energía de punto cero no tiene realidad física".

En 1948, Hendrik Casimir ^{[ 67 ] [ 68 ]} demostró que una consecuencia del campo de punto cero es una fuerza de atracción entre dos placas paralelas perfectamente conductoras y sin carga, el llamado efecto Casimir. En ese momento, Casimir estudiaba las propiedades de las soluciones coloidales . Se trata de materiales viscosos, como la pintura y la mayonesa, que contienen partículas de tamaño micrométrico en una matriz líquida. Las propiedades de dichas soluciones están determinadas por las fuerzas de Van der Waals , fuerzas de atracción de corto alcance que existen entre átomos y moléculas neutros. Uno de los colegas de Casimir, Theo Overbeek, se percató de que la teoría que se utilizaba entonces para explicar las fuerzas de Van der Waals, desarrollada por Fritz London en 1930, ^{[ 69 ] [ 70 ]} no explicaba adecuadamente las mediciones experimentales en coloides. Por lo tanto, Overbeek le pidió a Casimir que investigara el problema. Trabajando con Dirk Polder , Casimir descubrió que la interacción entre dos moléculas neutras solo podía describirse correctamente si se tenía en cuenta que la luz viaja a una velocidad finita. ^{[ 71 ]} Poco después, tras una conversación con Bohr sobre la energía del punto cero, Casimir observó que este resultado podía interpretarse en términos de fluctuaciones del vacío. Entonces se preguntó qué ocurriría si hubiera dos espejos —en lugar de dos moléculas— enfrentados en el vacío. Fue este trabajo el que lo llevó a predecir una fuerza de atracción entre placas reflectantes. El trabajo de Casimir y Polder abrió el camino a una teoría unificada de las fuerzas de van der Waals y Casimir y a un continuo suave entre ambos fenómenos. Esto lo logró Lifshitz (1956) ^{[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]} en el caso de placas dieléctricas planas paralelas . El nombre genérico para las fuerzas de van der Waals y Casimir es fuerzas de dispersión, porque ambas son causadas por dispersiones del operador del momento dipolar. ^{[ 75 ]} El papel de las fuerzas relativistas se vuelve dominante en órdenes de cien nanómetros.

En 1951, Herbert Callen y Theodore Welton ^{[ 76 ]} demostraron el teorema de fluctuación-disipación cuántica (TFD), formulado originalmente en forma clásica por Nyquist (1928) ^{[ 77 ]} como explicación del ruido de Johnson observado en circuitos eléctricos. ^{[ 78 ]} El teorema de fluctuación-disipación demostró que cuando algo disipa energía de forma prácticamente irreversible, un baño térmico conectado también debe fluctuar. Las fluctuaciones y la disipación van de la mano; es imposible que exista una sin la otra. La implicación del TFD es que el vacío podría tratarse como un baño térmico acoplado a una fuerza disipativa y, como tal, se podría extraer energía del vacío, en parte, para realizar trabajo potencialmente útil. ^{[ 79 ]} Se ha demostrado experimentalmente la veracidad del TFD bajo ciertas condiciones cuánticas no clásicas. ^{[ 80 ] [ 81 ] [ 82 ]}

En 1963 se desarrolló el modelo de Jaynes-Cummings ^{[ 83 ]} , que describe el sistema de un átomo de dos niveles que interactúa con un modo de campo cuantizado (es decir, el vacío) dentro de una cavidad óptica. Este modelo dio predicciones no intuitivas, como que la emisión espontánea de un átomo podría ser impulsada por un campo de frecuencia prácticamente constante ( frecuencia de Rabi ). En la década de 1970 se realizaron experimentos para probar aspectos de la óptica cuántica, los cuales demostraron que la tasa de emisión espontánea de un átomo podía controlarse mediante superficies reflectantes. ^{[ 84 ] [ 85 ]} Estos resultados fueron inicialmente recibidos con recelo en algunos círculos: se argumentaba que no sería posible modificar la tasa de emisión espontánea, pues, después de todo, ¿cómo puede la emisión de un fotón verse afectada por el entorno de un átomo si este solo puede "ver" su entorno emitiendo un fotón? Estos experimentos dieron origen a la electrodinámica cuántica de cavidades (CQED), el estudio de los efectos de espejos y cavidades en las correcciones radiativas. La emisión espontánea puede suprimirse (o "inhibirse") ^{[ 86 ] [ 87 ]} o amplificarse. La amplificación fue predicha por primera vez por Purcell en 1946 ^{[ 88 ]} (el efecto Purcell ) y ha sido verificada experimentalmente. ^{[ 89 ]} Este fenómeno puede entenderse, en parte, en términos de la acción del campo de vacío sobre el átomo. ^{[ 90 ]}

El campo de fuerza cuantizado más antiguo y conocido es el campo electromagnético . Las ecuaciones de Maxwell han sido reemplazadas por la electrodinámica cuántica (QED). Al considerar la energía de punto cero que surge de la QED, es posible obtener una comprensión característica de la energía de punto cero que surge no solo a través de las interacciones electromagnéticas, sino en todas las teorías cuánticas de campos .

El vacío de la cromodinámica cuántica (QCD) es el estado de vacío de esta teoría. Es un ejemplo de estado de vacío no perturbativo , caracterizado por condensados ​​no nulos como el condensado de gluones y el condensado de quarks en la teoría completa que incluye quarks. La presencia de estos condensados ​​caracteriza la fase confinada de la materia de quarks . En términos técnicos, los gluones son bosones de gauge vectoriales que median las interacciones fuertes de los quarks en la cromodinámica cuántica (QCD). Los gluones portan la carga de color de la interacción fuerte. Esto difiere del fotón, que media la interacción electromagnética pero carece de carga eléctrica. Por lo tanto, los gluones participan en la interacción fuerte además de mediarla, lo que hace que la QCD sea significativamente más difícil de analizar que la electrodinámica cuántica (QED), ya que esta última utiliza ecuaciones no lineales para caracterizar dichas interacciones.

El Modelo Estándar postula un campo llamado campo de Higgs (símbolo: ϕ ), que posee la propiedad inusual de una amplitud no nula en su energía de estado fundamental (punto cero) tras la renormalización; es decir, un valor esperado en el vacío distinto de cero. Este efecto se debe a su potencial inusual con forma de "sombrero mexicano", cuyo punto más bajo no se encuentra en su centro. Por debajo de un cierto nivel de energía extremadamente alto, la existencia de este valor esperado en el vacío distinto de cero rompe espontáneamente la simetría de gauge electrodébil , lo que a su vez da lugar al mecanismo de Higgs y desencadena la adquisición de masa por parte de las partículas que interactúan con el campo. El mecanismo de Higgs se produce siempre que un campo cargado tiene un valor esperado en el vacío. Este efecto se produce porque los componentes escalares del campo de Higgs son "absorbidos" por los bosones masivos como grados de libertad y se acoplan a los fermiones mediante el acoplamiento de Yukawa, generando así los términos de masa esperados. El valor esperado de ϕ ⁰ en el estado fundamental (el valor esperado en el vacío o VEV) es entonces ⟨ ϕ ⁰ ⟩ = ⁠ v / √ 2 ⁠ , donde v = ⁠ | μ | / √ λ ⁠ . El valor medido de este parámetro es aproximadamente246  GeV/ c² ^{. [ 99} ] Tiene unidades de masa y es el único parámetro libre del Modelo Estándar que no es un número adimensional ^.

El mecanismo de Higgs es un tipo de superconductividad que se produce en el vacío. Ocurre cuando todo el espacio está lleno de un mar de partículas cargadas, por lo que el campo tiene un valor esperado en el vacío distinto de cero. La interacción con la energía del vacío que llena el espacio impide que ciertas fuerzas se propaguen a largas distancias (como sucede en un medio superconductor; por ejemplo, en la teoría de Ginzburg-Landau ).

Un fenómeno que se suele presentar como evidencia de la existencia de energía de punto cero en el vacío es el efecto Casimir, propuesto en 1948 por el físico neerlandés Hendrik Casimir , quien consideró el campo electromagnético cuantizado entre un par de placas metálicas neutras conectadas a tierra. La energía del vacío contiene contribuciones de todas las longitudes de onda, excepto aquellas excluidas por la distancia entre las placas. A medida que las placas se acercan, se excluyen más longitudes de onda y la energía del vacío disminuye. Esta disminución de energía implica que debe existir una fuerza que realiza trabajo sobre las placas durante su movimiento.

Las primeras pruebas experimentales, desde la década de 1950 en adelante, dieron resultados positivos que demostraban que la fuerza era real, pero no se podían descartar otros factores externos como causa principal, con un margen de error experimental que a veces alcanzaba casi el 100 %. ^{[ 104 ]} Esto cambió en 1997 cuando Lamoreaux ^{[ 105 ]} demostró de forma concluyente que la fuerza de Casimir era real. Desde entonces, los resultados se han replicado repetidamente. ^{[ 106 ]}

En 2009, Munday et al. ^{[ 107 ]} publicaron pruebas experimentales de que (como se predijo en 1961 ^{[ 108 ]} ) la fuerza de Casimir también podía ser repulsiva además de atractiva. Las fuerzas repulsivas de Casimir podrían permitir la levitación cuántica de objetos en un fluido y dar lugar a una nueva clase de dispositivos a nanoescala conmutables con fricción estática ultrabaja. ^{[ 109 ]}

Un interesante efecto secundario hipotético del efecto Casimir es el efecto Scharnhorst , un fenómeno hipotético en el que las señales luminosas viajan ligeramente más rápido que c entre dos placas conductoras muy próximas. ^{[ 110 ]}

Las fluctuaciones cuánticas del campo electromagnético tienen importantes consecuencias físicas. Además del efecto Casimir, también provocan una división entre los dos niveles de energía ² S _{⁠ 1 / 2 ⁠} y ² P _{⁠ 1 / 2 ⁠} (en notación de símbolos de término ) del átomo de hidrógeno , lo cual no fue predicho por la ecuación de Dirac , según la cual estos estados deberían tener la misma energía. Las partículas cargadas pueden interactuar con las fluctuaciones del campo de vacío cuantizado, lo que produce ligeros desplazamientos de energía; ^{[ 111 ]} este efecto se denomina desplazamiento de Lamb. ^{[ 112 ]} El desplazamiento de aproximadamente4,38 × 10 ⁻⁶  eV es aproximadamente10⁻⁷ de la diferencia entre las energías de los niveles 1s y 2s, y equivale a 1058  MHz en unidades de frecuencia. Una pequeña parte de este desplazamiento (27 ^MHz  ≈ 3%) no se debe a fluctuaciones del campo electromagnético, sino a fluctuaciones del campo electrón-positrón. La creación de pares electrón-positrón (virtuales) tiene el efecto de apantallar el campo de Coulomb y actúa como una constante dieléctrica del vacío. Este efecto es mucho más importante en átomos muónicos. ^{[ 113 ]}

Tomando ħ (la constante de Planck dividida por 2π ), c (la velocidad de la luz ) y e ² = ⁠ q ² _e / 4π ε ₀ ⁠ (la constante de acoplamiento electromagnético, es decir, una medida de la intensidad de la fuerza electromagnética (donde q _e es el valor absoluto de la carga electrónica y${\displaystyle \varepsilon _{0}}$es la permitividad del vacío )) podemos formar una cantidad adimensional llamada constante de estructura fina : $${\displaystyle \alpha ={\frac {e^{2}}{\hbar c}}={\frac {q_{e}^{2}}{4\pi \varepsilon _{0}\hbar c}}\approx {\frac {1}{137}}}$$

La constante de estructura fina es la constante de acoplamiento de la electrodinámica cuántica (QED) que determina la intensidad de la interacción entre electrones y fotones. Resulta que la constante de estructura fina no es realmente una constante debido a las fluctuaciones de la energía de punto cero del campo electrón-positrón. ^{[ 114 ]} Las fluctuaciones cuánticas causadas por la energía de punto cero tienen el efecto de apantallar las cargas eléctricas: debido a la producción de pares electrón-positrón (virtuales), la carga de la partícula medida lejos de ella es mucho menor que la carga medida cerca de ella.

La desigualdad de Heisenberg, donde ħ = ⁠ h / 2π ⁠ , y Δ _x , Δ _p son las desviaciones estándar de la posición y el momento, establece que: $${\displaystyle \Delta _{x}\Delta _{p}\geq {\frac {1}{2}}\hbar }$$

Esto significa que una distancia corta implica un gran momento y, por lo tanto, una alta energía; es decir, se deben usar partículas de alta energía para explorar distancias cortas. La electrodinámica cuántica (QED) concluye que la constante de estructura fina es una función creciente de la energía. Se ha demostrado que a energías del orden de la energía de reposo del bosón Z ^{0 ,} m _z c ² ≈ 90  GeV, que: $${\displaystyle \alpha \approx {\frac {1}{129}}}$$ en lugar de la baja energía α ≈ ⁠ 1 / 137 ⁠ . ^{[ 115 ] [ 116 ]} El procedimiento de renormalización de eliminar los infinitos de energía de punto cero permite la elección de una escala de energía (o distancia) arbitraria para definir α . En definitiva, α depende de la escala de energía característica del proceso en estudio, y también de los detalles del procedimiento de renormalización. La dependencia energética de α se ha observado durante varios años en experimentos de precisión en física de altas energías.

En presencia de campos electrostáticos intensos, se predice que las partículas virtuales se separan del estado de vacío y forman materia real. El hecho de que la radiación electromagnética pueda transformarse en materia y viceversa da lugar a características fundamentalmente nuevas en la electrodinámica cuántica. Una de las consecuencias más importantes es que, incluso en el vacío, las ecuaciones de Maxwell deben sustituirse por fórmulas más complejas. En general, no será posible separar los procesos en el vacío de los procesos que involucran materia, ya que los campos electromagnéticos pueden crear materia si las fluctuaciones del campo son lo suficientemente fuertes. Esto conduce a una interacción no lineal altamente compleja: la gravedad afectará a la luz al mismo tiempo que la luz afecta a la gravedad. Estos efectos fueron predichos por primera vez por Werner Heisenberg y Hans Heinrich Euler en 1936 ^{[ 117 ]} e independientemente ese mismo año por Victor Weisskopf, quien afirmó: «Las propiedades físicas del vacío se originan en la “energía de punto cero” de la materia, que también depende de las partículas ausentes a través de las intensidades del campo externo y, por lo tanto, contribuye con un término adicional a la energía de campo puramente maxwelliana». ^{[ 118 ] [ 119 ]} Así, los campos magnéticos intensos varían la energía contenida en el vacío. La escala por encima de la cual se espera que el campo electromagnético se vuelva no lineal se conoce como el límite de Schwinger . En este punto, el vacío tiene todas las propiedades de un medio birrefringente , por lo que, en principio, se puede observar una rotación del marco de polarización (el efecto Faraday ) en el espacio vacío. ^{[ 120 ] [ 121 ]}

La primera evidencia concreta de birrefringencia del vacío se publicó en 2017 cuando un equipo de astrónomos observó la luz proveniente de la estrella de neutrones RX J1856.5−3754 , ^{[ 122 ]} la estrella de neutrones descubierta más cercana a la Tierra . ^{[ 123 ]} Roberto Mignani, del Instituto Nacional de Astrofísica de Milán , quien dirigió el equipo de astrónomos, comentó que «Cuando Einstein formuló la teoría de la relatividad general hace 100 años, no tenía idea de que se usaría para sistemas de navegación. Las consecuencias de este descubrimiento probablemente también se tendrán que comprender en una escala de tiempo más larga». ^{[ 124 ]} El equipo encontró que la luz visible de la estrella tenía un grado de polarización de alrededor del 16 %. Si la birrefringencia hubiera sido causada por la luz que pasa a través de gas o plasma interestelar , el efecto no debería haber sido mayor al 1 %. La prueba definitiva requeriría repetir la observación en otras longitudes de onda y en otras estrellas de neutrones. En longitudes de onda de rayos X, la polarización debida a las fluctuaciones cuánticas debería ser cercana al 100%. ^{[ 125 ]} Aunque actualmente no existe ningún telescopio capaz de realizar tales mediciones, hay varios telescopios de rayos X propuestos que podrían pronto verificar el resultado de manera concluyente, como el Telescopio de Modulación de Rayos X Duros (HXMT) de China y el Explorador de Polarimetría de Rayos X de Imágenes (IXPE) de la NASA.

Tanto la teoría de la relatividad especial como la general de Einstein establecen que la luz debería atravesar el vacío libremente sin alterarse, un principio conocido como invariancia de Lorentz . Sin embargo, en teoría, una gran autointeracción no lineal de la luz debido a fluctuaciones cuánticas debería provocar una violación medible de este principio si las interacciones son lo suficientemente fuertes. Casi todas las teorías de la gravedad cuántica predicen que la invariancia de Lorentz no es una simetría exacta de la naturaleza. Se predice que la velocidad a la que la luz viaja a través del vacío depende de su dirección, polarización y la intensidad local del campo magnético. ^{[ 126 ]} Se han obtenido varios resultados inconclusos que pretenden demostrar la existencia de una violación de Lorentz al encontrar una rotación del plano de polarización de la luz proveniente de galaxias distantes. ^{[ 127 ]}

A finales de la década de 1990 se descubrió que las supernovas muy distantes eran más tenues de lo esperado, lo que sugería que la expansión del universo se estaba acelerando en lugar de desacelerarse. ^{[ 129 ] [ 130 ]} Esto reavivó el debate sobre si la constante cosmológica de Einstein, largamente ignorada por los físicos como igual a cero, era en realidad un pequeño valor positivo. Esto indicaría que el espacio vacío ejercía algún tipo de presión o energía negativa .

No existe un candidato natural para lo que podría causar lo que se ha denominado energía oscura, pero la mejor suposición actual es que se trata de la energía del punto cero del vacío, aunque se sabe que esta suposición tiene un margen de error de 120 órdenes de magnitud . ^{[ 131 ]}

El telescopio Euclid de la Agencia Espacial Europea , lanzado el 1 de julio de 2023, cartografiará galaxias a una distancia de hasta 10 mil millones de años luz. ^{[ 132 ]} Al observar cómo la energía oscura influye en su disposición y forma, la misión permitirá a los científicos determinar si la intensidad de la energía oscura ha cambiado. Si se descubre que la energía oscura varía a lo largo del tiempo, indicaría que se debe a la quintaesencia , donde la aceleración observada se debe a la energía de un campo escalar , en lugar de a la constante cosmológica. Aún no se dispone de evidencia de la quintaesencia, pero tampoco se ha descartado. Generalmente predice una aceleración de la expansión del universo ligeramente más lenta que la constante cosmológica. Algunos científicos creen que la mejor evidencia de la quintaesencia provendría de violaciones del principio de equivalencia de Einstein y de la variación de las constantes fundamentales en el espacio o el tiempo. ^{[ 133 ]} Los campos escalares son predichos por el Modelo Estándar de la física de partículas y la teoría de cuerdas , pero ocurre un problema análogo al problema de la constante cosmológica (o el problema de construir modelos de inflación cosmológica ): la teoría de la renormalización predice que los campos escalares deberían adquirir grandes masas nuevamente debido a la energía del punto cero.

La inflación cósmica es la fase de expansión cósmica acelerada justo después del Big Bang. Explica el origen de la estructura a gran escala del cosmos . Se cree que las fluctuaciones del vacío cuántico causadas por la energía del punto cero que surge en el período inflacionario microscópico, se magnificaron posteriormente a un tamaño cósmico, convirtiéndose en las semillas gravitacionales para las galaxias y la estructura en el Universo (véase formación y evolución de galaxias y formación de estructuras ). ^{[ 134 ]} Muchos físicos también creen que la inflación explica por qué el Universo parece ser el mismo en todas las direcciones ( isotrópico ), por qué la radiación cósmica de fondo de microondas se distribuye uniformemente, por qué el Universo es plano y por qué no se han observado monopolos magnéticos .

El mecanismo de la inflación no está claro; su efecto es similar al de la energía oscura, pero se trata de un proceso mucho más energético y efímero. Al igual que con la energía oscura, la mejor explicación es alguna forma de energía del vacío derivada de fluctuaciones cuánticas. Es posible que la inflación haya causado la bariogénesis , el hipotético proceso físico que produjo una asimetría (desequilibrio) entre bariones y antibariones en el universo primitivo , pero esto dista mucho de ser seguro.

Paul S. Wesson examinó las implicaciones cosmológicas de asumir que la energía del punto cero es real. ^{[ 135 ]} Entre numerosas dificultades, la relatividad general requiere que dicha energía no sea gravitatoria, por lo que no puede ser similar a la radiación electromagnética.

Una suposición común es que la fuerza de Casimir tiene poca utilidad práctica; se argumenta que la única forma de obtener energía de las dos placas es permitir que se unan (separarlas nuevamente requeriría más energía), y por lo tanto, es una fuerza diminuta de un solo uso en la naturaleza. ^{[ 144 ]} En 1984, Robert Forward publicó un trabajo que mostraba cómo se podía construir una "batería de fluctuación de vacío"; la batería se puede recargar haciendo que las fuerzas eléctricas sean ligeramente más fuertes que la fuerza de Casimir para reexpandir las placas. ^{[ 147 ]}

En 1999, Pinto, antiguo científico del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Caltech , Pasadena, publicó en Physical Review su experimento mental (Gedankenexperiment) sobre un «motor Casimir». El artículo demostraba que era posible un intercambio neto positivo y continuo de energía derivado del efecto Casimir, llegando incluso a afirmar en el resumen: «En caso de no existir otras explicaciones alternativas, cabe concluir que podrían lograrse importantes avances tecnológicos en el ámbito de la producción ilimitada de energía libre como subproducto». ^{[ 148 ]}

Garret Moddel, de la Universidad de Colorado, ha destacado que, en su opinión, estos dispositivos se basan en la suposición de que la fuerza de Casimir es una fuerza no conservativa . Argumenta que existe evidencia suficiente (por ejemplo, el análisis de Scandurra (2001) ^{[ 149 ]} ) para afirmar que el efecto Casimir es una fuerza conservativa y, por lo tanto, aunque un motor de este tipo pueda aprovechar la fuerza de Casimir para realizar trabajo útil, no puede producir más energía de salida que la que se ha introducido en el sistema. ^{[ 150 ]}

En 2008, DARPA solicitó propuestas de investigación en el área de Mejora del Efecto Casimir (CEE). El objetivo del programa es desarrollar nuevos métodos para controlar y manipular fuerzas atractivas y repulsivas en superficies basadas en la ingeniería de la fuerza de Casimir. ^{[ 151 ]}

Una patente de 2008 de Haisch y Moddel ^{[ 152 ]} describe un dispositivo capaz de extraer energía de las fluctuaciones del punto cero mediante un gas que circula por una cavidad de Casimir. Moddel ^{[ 153 ]} realizó en 2012 una prueba publicada de este concepto, la cual pareció generar un exceso de energía que no podía atribuirse a otra fuente. Sin embargo, no se ha demostrado de forma concluyente que provenga de la energía del punto cero, y la teoría requiere mayor investigación. ^{[ 154 ]}

En 1951, Callen y Welton ^{[ 76 ]} demostraron el teorema de fluctuación-disipación cuántica (TFD), formulado originalmente en forma clásica por Nyquist (1928) ^{[ 77 ]} como explicación del ruido de Johnson observado ^{[ 78 ]} en circuitos eléctricos. Este teorema demostró que cuando algo disipa energía de forma prácticamente irreversible, un baño térmico conectado también debe fluctuar. Las fluctuaciones y la disipación van de la mano; es imposible que exista una sin la otra. La implicación del TFD es que el vacío podría tratarse como un baño térmico acoplado a una fuerza disipativa, y por lo tanto, se podría extraer energía del vacío para realizar trabajo potencialmente útil. ^{[ 79 ]} Esta teoría ha encontrado resistencia: Macdonald (1962) ^{[ 155 ]} y Harris (1971) ^{[ 156 ]} afirmaron que extraer potencia de la energía del punto cero sería imposible, por lo que el TFD no podía ser cierto. Grau y Kleen (1982) ^{[ 157 ]} y Kleen (1986), ^{[ 158 ]} argumentaron que el ruido de Johnson de una resistencia conectada a una antena debe satisfacer la fórmula de radiación térmica de Planck, por lo que el ruido debe ser cero a temperatura cero y la FDT debe ser inválida. Kiss (1988) ^{[ 159 ]} señaló que la existencia del término de punto cero puede indicar que hay un problema de renormalización —es decir, un artefacto matemático— que produce un término no físico que en realidad no está presente en las mediciones (en analogía con los problemas de renormalización de los estados fundamentales en la electrodinámica cuántica). Más tarde, Abbott et al. (1996) llegaron a una conclusión diferente pero poco clara de que "la energía de punto cero es infinita, por lo que debe renormalizarse pero no las 'fluctuaciones de punto cero'". ^{[ 160 ]} A pesar de tales críticas, se ha demostrado experimentalmente que la FDT es cierta bajo ciertas condiciones cuánticas no clásicas. Las fluctuaciones de punto cero pueden contribuir, y de hecho contribuyen, a los sistemas que disipan energía. ^{[ 80 ]} Un artículo de Armen Allahverdyan y Theo Nieuwenhuizen en 2000 demostró la viabilidad de extraer energía de punto cero para realizar trabajo útil a partir de un solo baño, sin contradecir las leyes de la termodinámica , mediante el aprovechamiento de ciertas propiedades de la mecánica cuántica. ^{[ 81 ]}

Cada vez hay más artículos que demuestran que, en algunos casos, las leyes clásicas de la termodinámica, como los límites de la eficiencia de Carnot, pueden ser violadas al explotar la entropía negativa de las fluctuaciones cuánticas. ^{[ 161 ]}

A pesar de los esfuerzos realizados a lo largo de los años para conciliar la mecánica cuántica y la termodinámica, su compatibilidad sigue siendo un problema fundamental abierto. Se desconoce el alcance total en que las propiedades cuánticas pueden alterar los límites de la termodinámica clásica ^{[ 162 ].}

El uso de la energía del punto cero para los viajes espaciales es especulativo y no forma parte del consenso científico general. Aún no existe una teoría cuántica completa de la gravitación (que aborde el papel de fenómenos cuánticos como la energía del punto cero). Se han propuesto trabajos especulativos que explican una relación entre la energía del punto cero y los efectos de apantallamiento gravitacional, ^{[ 16 ] [ 163 ] [ 164 ] [ 165 ]} pero la interacción (si la hay) aún no se comprende completamente. Según la teoría general de la relatividad , la materia en rotación puede generar una nueva fuerza de la naturaleza, conocida como interacción gravitomagnética, cuya intensidad es proporcional a la velocidad de giro. ^{[ 166 ]} En ciertas condiciones, el campo gravitomagnético puede ser repulsivo. En las estrellas de neutrones, por ejemplo, puede producir un análogo gravitacional del efecto Meissner , pero se teoriza que la fuerza producida en tal ejemplo es extremadamente débil. ^{[ 167 ]}

En 1963, Robert Forward , físico e ingeniero aeroespacial de los Laboratorios de Investigación Hughes , publicó un artículo que mostraba cómo, dentro del marco de la relatividad general, podrían lograrse efectos "antigravitacionales". ^{[ 168 ]} Dado que todos los átomos tienen espín , la permeabilidad gravitacional puede ser diferente de un material a otro. Un campo gravitacional toroidal fuerte que actúa contra la fuerza de la gravedad podría ser generado por materiales que tienen propiedades no lineales que mejoran los campos gravitacionales variables en el tiempo. Tal efecto sería análogo a la permeabilidad electromagnética no lineal del hierro, lo que lo convierte en un núcleo efectivo (es decir, el anillo de hierro) en un transformador, cuyas propiedades dependen de la permeabilidad magnética. ^{[ 169 ] [ 170 ] [ 171 ]} En 1966, Dewitt ^{[ 172 ]} fue el primero en identificar la importancia de los efectos gravitacionales en los superconductores. Dewitt demostró que un campo gravitacional de tipo magnético debe resultar en la presencia de cuantización de flujoide . En 1983, Ross amplió sustancialmente el trabajo de Dewitt. ^{[ 173 ]}

Entre 1971 y 1974, Henry William Wallace, científico de GE Aerospace, obtuvo tres patentes. ^{[ 174 ] [ 175 ] [ 176 ]} Wallace utilizó la teoría de Dewitt para desarrollar un aparato experimental para generar y detectar un campo gravitatorio secundario, al que denominó campo cinemático (ahora más conocido como campo gravitomagnético). En sus tres patentes, Wallace describe tres métodos diferentes para la detección del campo gravitomagnético: cambio en el movimiento de un cuerpo sobre un pivote, detección de un voltaje transversal en un cristal semiconductor y cambio en el calor específico de un material cristalino con núcleos alineados por espín. No existen pruebas independientes disponibles públicamente que verifiquen los dispositivos de Wallace. De existir tal efecto, sería mínimo. ^{[ 177 ]} En referencia a las patentes de Wallace, un artículo de New Scientist de 1980 afirmaba: «Aunque las patentes de Wallace fueron inicialmente ignoradas por considerarse extravagantes, los observadores creen que su invención está siendo objeto de una investigación seria pero secreta por parte de las autoridades militares de EE. UU. Es posible que los militares lamenten que las patentes ya hayan sido concedidas y, por lo tanto, estén disponibles para que cualquiera las lea». ^{[ 178 ]} Otra referencia a las patentes de Wallace aparece en un estudio de propulsión eléctrica preparado para el Laboratorio de Astronáutica de la Base de la Fuerza Aérea Edwards, que afirma: «Las patentes están escritas en un estilo muy creíble que incluye números de pieza, fuentes de algunos componentes y diagramas de datos. Se intentó contactar con Wallace utilizando las direcciones de patentes y otras fuentes, pero no se le localizó ni hay rastro de lo que sucedió con su trabajo. El concepto puede justificarse en cierta medida desde el punto de vista de la relatividad general, ya que se espera que los marcos giratorios de campos variables en el tiempo emitan ondas gravitacionales». ^{[ 179 ]}

En 1986, el entonces Laboratorio de Propulsión de Cohetes (RPL) de la Fuerza Aérea de los EE. UU. en la Base de la Fuerza Aérea Edwards solicitó "Conceptos de Propulsión No Convencionales" dentro de un programa de investigación e innovación para pequeñas empresas. Una de las seis áreas de interés era "Fuentes de energía esotéricas para la propulsión, incluyendo la energía dinámica cuántica del espacio vacío...". Ese mismo año, BAE Systems lanzó el "Proyecto Greenglow" para proporcionar un "enfoque para la investigación de sistemas de propulsión novedosos y los medios para alimentarlos". ^{[ 146 ] [ 180 ]}

En 1988, Kip Thorne et al. ^{[ 181 ]} publicaron un trabajo que demostraba que los agujeros de gusano transitables solo pueden existir en el espaciotiempo si están atravesados ​​por campos cuánticos generados por alguna forma de materia exótica con energía negativa . En 1993, Scharnhorst y Barton ^{[ 110 ]} demostraron que la velocidad de un fotón aumenta si viaja entre dos placas de Casimir, un ejemplo de energía negativa. En el sentido más general, la materia exótica necesaria para crear agujeros de gusano compartiría las propiedades repulsivas de la energía inflacionaria , la energía oscura o la radiación de punto cero del vacío. ^{[ 182 ]}

En 1992, Evgeny Podkletnov ^{[ 183 ]} ​​publicó un artículo de revista muy debatido ^{[ 184 ] [ 185 ] [ 186 ] [ 187 ]} en el que afirmaba que un tipo específico de superconductor rotatorio podía proteger contra la fuerza gravitatoria. Independientemente de esto, entre 1991 y 1993 , Ning Li y Douglas Torr publicaron varios artículos ^{[ 188 ] [ 189 ] [ 190 ]} sobre los efectos gravitatorios en los superconductores. Uno de sus hallazgos es que la fuente del flujo gravitomagnético en un material superconductor de tipo II se debe a la alineación de espín de los iones de la red. Citando su tercer artículo: «Se demuestra que la alineación coherente de los espines de los iones de la red generará un campo gravitomagnético detectable y, en presencia de un campo de potencial vectorial magnético aplicado dependiente del tiempo, un campo gravitoeléctrico detectable». El tamaño de la fuerza generada ha sido cuestionado por algunos ^{[ 191 ] [ 192 ]} pero defendido por otros. ^{[ 193 ] [ 194 ]} En 1997, Li publicó un artículo que intentaba replicar los resultados de Podkletnov y demostró que el efecto era muy pequeño, si es que existía. ^{[ 195 ]} Se informa que Li dejó la Universidad de Alabama en 1999 para fundar la empresa AC Gravity LLC . ^{[ 196 ]} AC Gravity recibió una subvención del Departamento de Defensa de los Estados Unidos por $448,970 en 2001 para continuar la investigación antigravitatoria. El período de la subvención terminó en 2002, pero no se hicieron públicos los resultados de esta investigación. ^{[ 197 ]}

En 2002, Phantom Works , el centro avanzado de investigación y desarrollo de Boeing en Seattle , se puso en contacto directamente con Evgeny Podkletnov . Phantom Works se topó con los controles rusos de transferencia de tecnología. En ese momento, el teniente general George Muellner, director saliente de Boeing Phantom Works, confirmó que los intentos de Boeing por colaborar con Podkletnov habían sido bloqueados por el gobierno ruso, y comentó además que «Los principios físicos —y el dispositivo de Podkletnov no es el único— parecen ser válidos... Hay ciencia básica detrás. No están infringiendo las leyes de la física. La cuestión es si la ciencia puede transformarse en algo viable». ^{[ 198 ]}

Froning y Roach (2002) ^{[ 199 ]} presentaron un artículo que se basa en el trabajo de Puthoff, Haisch y Alcubierre. Utilizaron simulaciones de dinámica de fluidos para modelar la interacción de un vehículo (como el propuesto por Alcubierre) con el campo de punto cero. Las perturbaciones del campo de vacío se simulan mediante perturbaciones del campo de fluido y la resistencia aerodinámica de la resistencia viscosa ejercida en el interior del vehículo se compara con la fuerza de Lorentz ejercida por el campo de punto cero (una fuerza tipo Casimir se ejerce en el exterior por presiones de radiación de punto cero desequilibradas). Encuentran que la energía negativa óptima requerida para un motor de Alcubierre es donde es un vehículo en forma de platillo con campos electromagnéticos toroidales . Los campos EM distorsionan las perturbaciones del campo de vacío que rodean la nave lo suficiente como para afectar la permeabilidad y la permitividad del espacio.

En 2009, Giorgio Fontana y Bernd Binder presentaron un nuevo método para extraer potencialmente la energía de punto cero del campo electromagnético y las fuerzas nucleares en forma de ondas gravitacionales . ^{[ 200 ]} En el modelo de esferón del núcleo, ^{[ 201 ]} propuesto por el dos veces premio Nobel Linus Pauling , los dineutrones se encuentran entre los componentes de esta estructura. De manera similar a una mancuerna colocada en un estado de rotación adecuado , pero con densidad de masa nuclear, los dineutrones son fuentes casi ideales de ondas gravitacionales en frecuencias de rayos X y rayos gamma. La interacción dinámica, mediada por fuerzas nucleares, entre los dineutrones eléctricamente neutros y el núcleo central eléctricamente cargado es el mecanismo fundamental por el cual las vibraciones nucleares pueden convertirse en un estado de rotación de dineutrones con emisión de ondas gravitacionales. La gravedad y las ondas gravitacionales se describen adecuadamente mediante la Relatividad General, que no es una teoría cuántica. Esto implica que, en dicha teoría, no existe energía de punto cero para la gravedad; por lo tanto, los dineutrones emitirán ondas gravitacionales como cualquier otra fuente conocida de ondas gravitacionales. En el artículo de Fontana y Binder, se plantea que las especies nucleares con inestabilidades dinámicas, relacionadas con la energía de punto cero del campo electromagnético y las fuerzas nucleares, y que poseen dineutrones, emitirán ondas gravitacionales. En física experimental, este enfoque aún no se ha explorado.

En 2014, los Laboratorios Eagleworks de la NASA anunciaron que habían validado con éxito el uso de un propulsor de plasma de vacío cuántico que utiliza el efecto Casimir para la propulsión. ^{[ 202 ] [ 203 ] [ 204 ]} En 2016, un artículo científico del equipo de científicos de la NASA superó la revisión por pares por primera vez. ^{[ 205 ]} El artículo sugiere que el campo de punto cero actúa como onda piloto y que el empuje puede deberse a partículas que se desprenden del vacío cuántico. Si bien la revisión por pares no garantiza la validez de un hallazgo u observación, sí indica que científicos independientes revisaron la configuración experimental, los resultados y la interpretación, y que no encontraron errores evidentes en la metodología, y que consideraron razonables los resultados. En el artículo, los autores identifican y discuten nueve posibles fuentes de errores experimentales, incluyendo corrientes de aire errantes, radiación electromagnética de fuga e interacciones magnéticas. No todas pudieron descartarse por completo, y se necesita más experimentación revisada por pares para descartar estos posibles errores. ^{[ 206 ]}