Poderíamos algum dia aproveitar a energia do vácuo quântico?

O tecido do espaço-tempo está agitado com campos quânticos vibrantes, conhecidos como energia do vácuo. Está bem ali, em todo lugar que olhamos. Mas poderíamos tirar alguma coisa disso?

Podemos até calcular a força dessa energia do vácuo. Quando aplicamos as regras da mecânica quântica para determinar o quanto os campos vibram isoladamente, obtemos… infinito. Isso mesmo, há uma quantidade infinita de energia preenchendo cada pedaço do espaço-tempo. Isso porque não há limite para a quantidade de vibrações que esses campos podem ter. Pequenas vibrações, vibrações médias e grandes vibrações estão acontecendo em todos os campos quânticos simultaneamente.

Espere, espere — como os campos podem ter energia infinita, mas ainda ter mais energia para produzir partículas? Para responder a essa pergunta, podemos recorrer a um experimento inteligente projetado pelo físico holandês Hendrik Casimir.

Se você pegar duas placas de metal e colocá-las muito, muito próximas uma da outra, os campos quânticos entre essas placas devem se comportar de uma certa maneira. Os comprimentos de onda de suas vibrações devem se encaixar perfeitamente entre as placas, assim como as vibrações em uma corda de violão precisam se encaixar em seus comprimentos de onda ao comprimento da corda. No caso quântico, ainda há um número infinito de vibrações entre as placas, mas não há tantas vibrações infinitas entre as placas quanto há fora delas.

Usando alguns bits inteligentes de matemática, podemos subtrair os dois tipos de infinitos e chegar a um número finito. Isso significa que realmente há mais vibrações quânticas fora das duas placas do que dentro do lugar. Isso leva à conclusão de que os campos quânticos fora das placas empurram as duas placas juntas, algo chamado de efeito Casimir. Podemos medir esse efeito e verificar se os campos quânticos realmente existem.

Toda essa teoria e experimento resultam em uma conclusão surpreendente. Toda a física do mundo, cada interação, cada processo e ação, acontece em um palco preenchido com uma quantidade infinita de energia de vácuo. Por mais estranha que essa imagem seja, ela é o resultado de décadas de investigação sobre a teoria quântica.

No momento, não temos como acessar essa energia e fazer algo útil com ela. Isso porque é o estado de energia mais baixo do universo. Para fazer o trabalho, você tem que ter diferenças de energia, você precisa puxar energia de um lugar, transformá-la e colocá-la em outro lugar.

Não podemos puxar da energia do vácuo porque não há lugar mais baixo para a energia do vácuo ir. É como tentar fazer um elevador ir além do nível mais baixo de um prédio — ele para no térreo porque não há mais andares abaixo dele.

Quando se trata do efeito Casimir, tivemos que colocar energia no sistema para organizar as placas juntas em primeiro lugar. Quando as placas começam a se mover, estamos simplesmente recebendo de volta a energia que colocamos, sem ganho líquido na produção de energia.

Há muitas ideias no universo da ficção científica que propõem usar energia do vácuo para alimentar uma nave estelar ou outro tipo avançado de propulsão. Embora essas ideias sejam contrárias à física estabelecida, devemos admitir que não entendemos completamente toda a física… especialmente a energia do vácuo. A maior pista de que estamos fazendo algo errado não tem a ver com escalas subatômicas, mas com cósmicas.

No final da década de 1990, os astrônomos descobriram que a expansão do universo está acelerando. A explicação mais simples para essa expansão acelerada é a energia do vácuo do universo. Mas como podemos medir a taxa de expansão, podemos usá-la para estimar a quantidade total de energia do vácuo, e obtemos cerca de 6 x 10^-10 joules em cada metro cúbico de espaço.

Isso não é… infinito. Então temos um problema. Por um lado, temos um conjunto de cálculos subatômicos, previsões e medições que nos dizem que há uma quantidade infinita de energia do vácuo. Por outro lado, temos uma medição cósmica que nos diz que a quantidade de energia do vácuo é muito, muito pequena.

O que está acontecendo? Não temos ideia. É um dos maiores problemas não resolvidos da física moderna. Se quisermos encontrar uma maneira de explorar a energia do vácuo, primeiro temos que entender o que ela realmente é. O que quer que encontremos lá envolverá novos tipos de física, e quem sabe que nova física nos desbloqueará.