X-Aknak English version X-Aknak honlap Természet Világa Hozzászólások Reagálás e-mailen

Hraskó Gábor

Vákuumenergia

Egyre több fórumon hallani világmegváltó, az emberiség energiaproblémáit egy csapásra megoldó találmányokról. Bár ezek a hírek nem újak, kézzelfogható eredményt mind ez ideig nem hoztak. Manapság az alternatív energiakutatók olyan bonyolult elméletekkel operálnak, amelyek egy laikust teljesen elriasztanak attól, hogy egyáltalán kételkedni merjen. Ebben a cikkben bemutatom, mit tudtam előbányászni erről a témáról internet- és személyes fizikuskapcsolatom révén. Bár teljesen meggyőződtem arról, hogy a szenzációsnak kikiáltott eszközökből nem lesz erőmű, olyan valós fizikai problémákkal találkoztam, amelyek újfent megdöbbentettek és lenyűgöztek.

Mi jut önnek eszébe Tesláról?

Nekem csak egy csehszlovák gyártmányú lemezjátszó és homályosan a mágneses térerő mértékegysége jutott eszembe (még a középiskolában tanultuk). Tehát Tesla valami tudós vagy kutató ember lehetett. Egy kicsit szégyenkeztem is magamban, amikor egy társaságban valaki rá hivatkozott egy a vákuumból energiát termelő eszközzel kapcsolatban. Meg is húztam magam, és titokban rákerestem a "Tesla" névre az internet egyik keresőprogramján.[1]

A találatok sokasága lenyűgözött. Azonnal elhatároztam, hogy kicsit beleásom magam ebbe a témakörbe, amelyet a "vákuumenergia" (vacuum energy), "nullponti energia" (zero point energy), "ingyen energia" (free energy), "tiszta energia" (clean energy) és "térenergia" (space energy) fogalmak fémjeleznek. Eldöntöttem, hogy nyitott elmével vágok neki, azaz félreteszem előítéleteimet és mindenféle megközelítést elfogulatlanul kezelek. Szeretném megérteni ezeket a fogalmakat, és azt, hogy az ezen fogalmakra hivatkozó kutatók, feltalálók eszközei hogyan működnek.

Egy szűrőfeltételt azért alkalmaztam, ez pedig az energiamegmaradás tétele (a termodinamikában I. főtételnek nevezik), amely kimondja, hogy energia a semmiből nem születhet, illetve az energia a semmibe nem tűnhet el. Ebből következik, hogy elsőfajú perpetuum mobile – olyan gép, amely munkát végez és közben nem használ fel azonos mennyiségű energiát – nem létezik. A legtöbb anyag átment ezen a szűrőn abban az értelemben, hogy szerzőik elfogadták ezt a tételt. Más kérdés, hogy eszközeik legtöbbször mégiscsak szembeszegülnek vagy az energiamegmaradás tételével, vagy azzal az elvvel, hogy egy rendszer entrópiája spontán módon (munkabefektetés nélkül) nem csökkenhet. Utóbbi eszközök vagy nem az alkotóik által leírt elvek alapján működnek, vagy egyáltalán nem működnek.

Mindenféle energia

A kutakodást nagyon hamar szűkítenem kellett a dokumentumok iszonytató mennyisége miatt, de előbb csoportosítanom kellett a témákat, nehogy a fürdővízzel együtt a gyereket is kilöttyintsem. Nagyon jó kiindulási alap volt egy alternatív internetcikk [2], amely ismerteti az ilyenfajta kutatások alapelveit és a vizsgált eszközöket. Az alábbi osztályozás végül is saját termékem, de tükrözi a különböző forrásokból szerzett ismereteimet.

Nullponti energia (ZPE)
Azt fejezi ki, hogy az elektromágneses mező – mint minden kvantumos mező – abszolút nulla fokon is rendelkezik bizonyos energiával (erről szól a következő fejezet). Angol elnevezésének – Zero Point Energy – kezdőbetűiből alkotott mozaikszóval ZPE.
Vákuumenergia
Az esetek messze legnagyobb részében a ZPE-vel rokon értelemben használják. Az elnevezés azt a – közember számára nehezen emészthető – tényt emeli ki, hogy az elektomágneses mező vivőközege a vákuum, így az elektromágneses mező nullponti energiája tulajdonképpen a vákuum energiája.
Térenergia
Ezzel a névvel már említenek mindenféle fantasztikus dolgot, de legtöbbször ugyancsak a ZPE-t értik alatta. Az angol energy of space pontosabb űrenergia fordítása már tényleg a vákuumenergia elnevezéshez áll közel.
Ingyenenergia
Ezzel az elnevezéssel nem egy energiatípust jelölnek, hanem minden olyan energiaforrást, amellyel gyakorlatilag kimeríthetetlen mennyiségben és könnyen hozzáférhetően (ingyen) rendelkezünk.
Tiszta energia
Az előzőhöz hasonló értelmű, de inkább "zöld" – környezetvédő – megfogalmazás. Hangsúlyozza, hogy ez az energiahordozó a fosszilis energiahordozókkal szemben nem fogy el, valamint felhasználása nem szennyezi a környezetet.

Az ingyenenergia és a tiszta energia fogalmakkal kapcsolatban tárgyalják például a vízienergia különböző formáit, a szélenergiát, a geotermikus vagy tengeri hőenergiát, valamint egy csomó olyan energiaféleséget, amit semmilyen, jelenleg ismert jelenséghez nem tudtam kötni és a további kutatásból kénytelen voltam kizárni. Amennyiben a nullponti energia is kinyerhető, az is potenciális ingyen- vagy tiszta energia lesz, feltéve, hogy olcsón kitermelhető (tehát nem az olajtársaságok fogják megszabni az árát), illetve kitermelése nem teszi tönkre környezetünket.

Megemlítem még a "100%-nál nagyobb hatásfokú eszköz" (over-unity device) fogalmát is. Ezeket az eszközöket szűrőfeltételem, az energiamegmaradás tétele szerint azonnal ki kellett volna zárni a vizsgálatomból, azonban a szerzők-alkotók furcsán – sokkal gyengébb értelemben – használják a hatásfok fogalmát. Valójában kétféle értelmezésről van szó:

  • minden olyan eszköz, ami több energiát termel, mint amit készítésére (építésére) és működtetésére befektetünk,
  • minden olyan eszköz, ami látszólag több energiát termel, mint amit felhasznál.

Természetesen minden erőművünktől elvárjuk, hogy több energiát termeljen, mint amit építésére és működtetésére befektetünk, így az első definíció használhatatlan (de használják). A második definícióban a "látszólag" szó utal arra, hogy használói nem gondolnak az energiamegmaradás tételének elvetésére. Csupán azt fejezik ki a megfogalmazással, hogy a tudomány jelenlegi állása szerint nem tudjuk megmagyarázni, honnan származik a megtermelt többletenergia. Az alábbi megfogalmazás egy hasonló értelmezésre utal:

"Az eszköz 1 kW energia felhasználásával a vákuum nullponti energiájának megcsapolásával folyamatos üzemben több mint 2 kW hasznosítható energiát ad le, így több mint 200%-os hatásfokkal működik."

Szigorúan véve ez a hipotetikus eszköz is 100% alatti hatásfokkal működik, amennyiben a betáplált villamos energia és a felhasznált vákuumenergia összege bizonyosan kisebb a termelt hasznosítható elektromos energiánál (hiszen veszteségek is vannak). Azért használják ezt a pongyola megfogalmazást, mert a vákuumenergia valahogy mindenütt ott van, látszólag végtelen mennyiségben.

A széles spektrum ellenére úgy tűnik, hogy az alternatív kutatók és feltalálók nem a hagyományos energiaforrások (kémiai, szél-, víz-, termikus, fúziós, atomenergia stb.) között keresik az emberiséget megváltó energiaforrást. Ezek hamarosan elfogyhatnak, kitermelésük drága, vagy szennyezik a környezetet, esetleg még nem kiaknázhatók. Jelöltjük elég egyöntetűen a vákuumenergia, így én is erre a témára összpontosítottam.

A tudomány ismeri és a kvantumelméletben széleskörűen használja a vákuumenergia fogalmát, de nem tud olyan eszközről, amivel ez az energia folyamatos üzemben kinyerhető. Valójában a tudomány szerint a vákuumenergia elvileg nem használható energiatermelésre, ezért nem kutatnak ebben az irányban. Mindezek alapján az alternatívenergia-kutatóknak nem a vákuumenergia létét kellene bizonygatniuk, hanem a kinyeréssel kapcsolatos elvi kételyeket kellene megingatniuk, illetve működő eszközöket kellene bemutatniuk. Ez nem könnyű dolog. Az International Forum on New Science nevű konferencián egy abszolút alternatívenergia-párti előadó – aki összegezte az elméleti hátteret, a többtucatnyi vizsgált találmányt és a finanszírozási lehetőségeket – az alábbiakat írta:[3]

"Számos feltaláló számol be a normálisnál magasabb, sőt 100%-nál magasabb hatásfokú eszközökről. Sajnálatos módon ezeket az eredményeket más kutatók mind a mai napig nem reprodukálták..." A dokumentum vége felé: "Az itt ismertetett eszközök közül egyről sem tudok, amelyet a feltétlen támogatáshoz szükséges módon megfelelően és pozitív eredménnyel teszteltek..."

A Scientific American 1997-ben interjút készített az alternatív energiavadászok által manapság talán legtöbbet hivatkozott H. E. Puthoff-fal, a texasi Austinban működő, a vákuumból energiát termelő technikákkal foglalkozó Institute for Advanced Studies igazgatójával.[4] A cikkben ez olvasható:

"Puthoff intézménye – amelyet ő szeret minitalálmányi hivatalnak nevezni – körülbelül tíz eszközt vizsgált meg az elmúlt tíz évben és egyet sem talált működőképesnek."

Ahhoz képest, hogy Puthoff szerint a jövő évszázad a ZPE kora lesz, ez eléggé lesújtó eredmény. A fentiek alapján eldöntöttem, hogy a találmányok leírását legfeljebb csak az érdekesség kedvéért fogom átnézni.[5] Ha a tisztán e témákkal foglalkozó International Forum on New Science és az Institute for Advanced Studies sem talált még működő modellt, nekem nincs semmi esélyem. Ettől még elvileg ki lehetne nyerni a ZPE-t, ezért a továbbiakban a következő témákkal foglalkozom:

  • Mi is a vákuumenergia, illetve nullponti energia (ZPE)?
  • Elvileg kinyerhető-e ez az energia?

Mennyi a semennyi?

Ebben a fejezetben egy szemléletes – meglepő módon mégis korrekt – modell segítségével ismertetem a nullponti energia mibenlétét.[6] Két elvi lépés lesz: az elsőben megmutatom, hogy egy bármilyen rezgő (oszcilláló) rendszernek még az abszolút nulla fokon is van bizonyos energiája; a második lépésben azt elemzem, hogy az abszolút nulla fok hőmérsékletű, anyagot nem tartalmazó vákuum is ilyen oszcilláló rendszer, tehát van nullponti energiája.

1. ábra

1. ábra. A fonálinga mint harmonikus oszcillátor

A fizika sok területén használják a harmonikus oszcillátor modelljét különféle rendszerek leírására. A harmonikus oszcillátor olyan rendszer, amelyben a visszahúzó erő egyenesen arányos a rezgő rész kitérésével. Ilyen rendszer lehet egy kis tömegpont, amelyet két vízszintes rugó tart, vagy az úgynevezett matematikai inga, amelynek kitérése elég kicsi, és a rajta függő súly jó megközelítésben pontszerűnek tekinthető. Az 1. ábrán feltüntetett inga lengési frekvenciáját a középiskolai tanulmányok szerint (na jó, én is puskáztam) a

[1]

egyenlet adja, ahol n a frekvencia, g a nehézségi gyorsulás és l a fonál hossza. A frekvencia független az inga tömegétől és ebben az esetben fél periódus másodpercenként, vagyis két másodpercenként egy oda-vissza lengés. Az inga energiája pedig

[2]

ahol W az energia, m az inga tömege, a az inga maximális kitérése (amplitúdója) radiánban mérve. Az inga amplitúdóját növelve az inga energiája növekszik. Amennyiben az inga nyugszik (a=0o), az energiája zérus.

Ez az inga klasszikus leírása. Ha azonban a kvantumelmélet segítségével írjuk le az inga viselkedését (amire persze a mindennapi életben általában nincs szükség), két érdekes eredményt kapunk. Egyrészt kiderül, hogy az inga energiáját nem lehet folytonosan változtatni, hanem csak megadott kis lépésekben (kvantumokban). Ez az energiakvantum a mi esetünkben

[3]

ahol h az úgynevezett Planck-állandó (Planck vezette be a század legelején; értéke kb. 6,63 · 10–34 J·s). E kiszámított e energiakvantum a W = 3,7·10 –5 J ingaenergiánál 29 nagyságrenddel kisebb, mérhetetlenül parányi érték, ezért tapasztaljuk azt, hogy az inga energiáját folytonosan tudjuk változtatni, még ha ténylegesen ez nincs is így. A kvantumelméletből következő másik érdekesség, hogy még a klasszikus értelemben nyugvó ingának is van

[4]

energiája. Ez az inga nullponti (alapállapoti) energiája (ZPE). Az inga lehetséges energiaszintjeit tehát az

[5]

egyenlet írja le, ahol k={ 0,1,2...}. Hirtelen felindulásból e0-t visszahelyettesítve a klasszikus megközelítés 2. egyenletébe azt kapnánk, hogy az alapállapotú inga lengési amplítúdója kb. 10–14 fok, de ez nagyon helytelen szemlélet! Ha már a kvantumelmélethez fordultunk, mivel úgy ítéltük meg, hogy a klasszikus modellnél pontosabban írja le rendszerünket, menjünk is végig a választott úton. A kvantummechanika szerint nem létezik a pálya fogalma (szinte nehezemre esik leírni, de e szerint a klasszikus értelemben vett mozgás sem), hanem csak a rendszert leíró úgynevezett valószínűségi hullámfüggvény. Az inga a hullámfüggvény által megadott térrészben mindenütt jelen van, és egy megfigyelésnél a függvény által leírt valószínűségeknek megfelelően fogjuk e térrészben valahol megtalálni. Szó sincs véletlenszerű fluktuációról, ahogy azt sokan értelmezik. A fluktuáció – még ha véletlenszerű is – egy pályát tételez fel, ez pedig nem egyeztethető össze a kvantummechanikával. Hogy nem egyszerű szómágiáról van szó, itt talán nem egyértelmű, de például az atommag körül "keringő" elektron esetében már világos. Az atommag körül keringő gerjesztett elektronnak pontosan keringési frekvenciájának megfelelő hullámhosszú fényt kellene kibocsátania, ezt azonban a tapasztalat nem támasztja alá. Ezért Bohrnak speciális feltevéseket (szabályokat) kellett bevezetnie a spektrum kiszámítására. Heisenberg és Schrödinger azért kaptak Nobel-díjat (1932, illetve 1933), mert sikerült leírniuk az atommaghoz kötött elektronok viselkedését a Bohr-féle feltevések nélkül, igaz, azon az áron, hogy a pálya létezéséről lemondtak.

Kétségtelenül a kvantumelmélet írja le pontosabban az inga viselkedését, azonban a klasszikus leírás sokkal praktikusabb ebben az esetben, hiszen a mindennapi életben sosem tudjuk és nem is kell az inga helyzetét (vagy energiáját) ilyen pontosan mérni. A kvantumelmélet mintegy magában foglalja a klasszikus elméletet. A makroszkopikus világban általában teljesen megfelelő a klasszikus megközelítést alkalmazni, az elemi részecskék és a mezők világában azonban sok esetben egyedül a kvantumelmélet ad használható eredményt.

A ZPE az inga (harmonikus oszcillátor) jellemzője és az inga paramétereinek (l, m és g) megváltoztatása nélkül nem módosítható. Azonban – mivel a 4. egyenlet szerint a ZPE függ az oszcillátor frekvenciájától, a frekvencia pedig az 1. egyenlet szerint függ a fonál hosszától és a gravitációs állandótól – például ha a nyugvó inga fonalának hosszát négyszeresére növelem, a ZPE felére csökken. Az inga fonalának hosszát praktikusan nulla energiabefektetéssel tudom növelni (például a felénél az ujjaim közé csippentett fonalat elengedem), így az eredetileg nyugvó inga ZPE-je csökken. Az energiakülönbözet miatt az új paraméterű inga egy kis amplitúdóval ingani kezd és ezt az energiát valahogy fel lehet használni.

Ez tehát a modell. Senki nem várja el, hogy egy tényleges makroszkopikus ingából ilyen módon energiát tudjunk kitermelni, de ez nem is fontos. Amennyiben a természetben tudunk alapállapotában is elegendően nagy ZPE-jű oszcilláló rendszert találni, akkor lehet esélyünk annak megcsapolására. Az, hogy ebből folyamatos lehet az energiatermelés, megint más kérdés, de haladjunk apránként.

A természetben előforduló rendszereket általában nem lehet egyetlen – adott paraméterű – harmonikus oszcillátorral modellezni. Gyakran azonban a ránézésre összevissza rezgő rendszer leírható néhány, esetleg végtelen különböző paraméterű (rezgésszámú) harmonikus oszcillátor összegével. Ilyen, viszonylag egyszerű rendszer egy ideális zongorahúr (2. ábra). Minden módusnak megfelel adott rezgésszámú, amplitúdójú és fázisú oszcillátor. Ha elég sok módust gerjesztünk, a teljes húr igen bonyolult módon rezeghet, a húr egy kiválasztott pontjának időbeli kitérésfüggvénye szabálytalannak tűnik. Az ábrázolt példában a hármas (n=3) módus alapállapotban van, nincs gerjesztve, azaz a húr rezgése ilyen frekvenciájú komponenst nem tartalmaz. A klasszikus elmélet szerint a húr teljes energiája a gerjesztett oszcillátorok energiájának összege, a nem gerjesztett (nulla amplitúdójú) módusok energiája zérus, vagyis azokat nem is kell figyelembe venni (lásd a 2. egyenletet).

2. ábra. Bal oldalon egy rezgő húr módusait látjuk külön-külön. A példában a hármas módus alapállapotú, nem gerjesztett. Jobb oldalon a húr egy kiválasztott pontjának kitérését (rezgését) látjuk az idő függvényében.

A kvantummechanikai 4. egyenlet szerint azonban a lehetséges, de nem gerjesztett módusoknak (oszcillátorok) is van energiájuk. Amennyiben l a hullámhossz, ch a hullámterjedési sebesség a húron, l pedig a húr hossza, a
n · l = ch és az ábrából leolvasható

[6]

összefüggések segítségével felírható az n-edik módus

[7]

nullponti energiája (ZPE). Mivel minden egyes lehetséges módus (oszcillátor) rendelkezik ZPE-vel, a húr teljes ZPE-je

[8]

Ez nagyon logikusnak tűnik (és helyes is), azért itt két dolgon fennakadtam. Egyrészt az így kiszámolt ZPE értéke végtelen, másrészt enyhén meglepő, hogy le kellett számlálnom a húr összes lehetséges módusát, függetlenül attól, szerepet játszanak-e a tényleges rezgésben (gerjesztettek) vagy sem (alapállapotúak).

A zongorahúr és az elektomágneses mező (EM) között elég nagy a különbség, az EM viselkedése mégis hasonlóan, végtelen harmonikus oszcillátor segítségével írható le. Adott pontban az elektromos tér nagysága az időben látszólag összevissza változik, ám ez visszavezethető a sok oszcillátor (módus) együttes működésére. Természetesen itt is fel kell sorolnunk az összes lehetséges módust. A mindkét végén rögzített húrral ellentétben itt a lehetséges frekvenciák folytonosan követik egymást (ez egy végtelen hosszú húrra hasonlít), ráadásul a több dimenzió miatt frekvenciánként több módussal (oszcillátorral) kell számolni. Higgyük el, hogy a lehetséges módusok száma frekvenciánként nem egyszerűen három (a három dimenzió miatt), hanem a frekvenciától négyzetesen függ. Tehát alacsony frekvenciájú módus kevés van, magas frekvenciájú pedig sok. Bármely módus lehet alapállapotban (k=0), vagy lehet valamelyik gerjesztett állapotban (k>0) és energiáját az 5. egyenlet írja le; k minden egyes növelésével éppen egy E=hn energiájú fotont adunk a rendszerhez (az 5. egyenlet jobb oldali tagja).

E részletektől eltekintve is fennáll az előző probléma: ha a rendszerből minden fotont eltávolítunk, azaz minden módust alapállapotba viszünk (minden oszcillátor k-ja nulla), akkor is minden módus rendelkezik az 1/2·hn nullponti energiával, az egész elektromágneses mező ZPE-je pedig a végtelen számú módus miatt végtelen nagy.

Zongorahúr nincs mindenhol, de EM igen, akkor is, ha nincs. Bocsánat a bolondos kifejezésért, de laikus létemre éppen ez okozza számomra a legnagyobb szemléleti gondot. Lehet valahol a legnagyobb vákuum abban az értelemben, hogy egyetlen atom sincs ott, foton, azaz EM akkor is lehet benne. Most pedig azt boncolgattam, hogy ha foton sincs, EM akkor is van, hiszen a gerjesztetlen módusoknak is van energiájuk (ZPE), tehát az EM nem tűnt el. Utalva az inga tárgyalására itt is téves lenne ezt a ZPE-t valamiféle sugárzásnak tekinteni. Az alapállapotú vákuumba helyezett sugárzásmérő eszköz egyetlen fotont sem jelezne, bármennyi ideig várnánk. Hiszen ez éppen az az állapota az EM-nek, amikor nincs foton, módusonként mindössze fél fotonnyi az energiája.

Ezeket a szokatlan problémákat a fizikusok eleinte olyan hihetetlennek tekintették, hogy némelyek – például a neves T. H. Boyer – a hatvanas években készek voltak az EM kvantumelméletét elvetni és nekiálltak nem kvantumos megközelítéssel leírni az EM viselkedését. Az új elméletek – például a stochasztikus elektrodinamika – azonban a kezdeti sikerek után hamar kifulladtak. A Planck-féle kvantumfeltétel és az erre épülő elméletek elvetésével túl sokat veszítettek (például a fotonokat, amelyek az EM kvantumjai) és ehhez képest csak a jelenségek nagyon kis részét tudták magyarázni. Visszatekintve szinte hihetetlen, hogy ezek a nagy hírű tudósok egyáltalán hittek abban, hogy olyan komplex és láthatóan sikeres elméletet, mint a kvantumelmélet, teljes egészében helyettesíteni tudnak. Manapság Boyer-ra leginkább az alternatív ZPE-kutatók hivatkoznak. Boyer értelmezésében ugyanis a ZPE ugyanolyan jellegű sugárzás, mint például a világegyetemben mindenütt jelen levő 4 kelvines háttérsugárzás. Egy sugárzás pedig sokkal otthonosabb fogalom, mint a kvantumelmélet által leírt ZPE, amely pontosan az alapállapotú, már nem sugárzó EM (vákuum) valamilyen, sokkal nehezebben megfogható energiája. Nyomós érveim lennének egy Boyer-féle ZPE-sugárzás kinyerésével kapcsolatban is, de nem sorolom őket, mivel Boyer elmélete nem volt sikeres. Mondhatnám azt is, megbukott, de ez nem igaz, mivel gyakorlatilag soha nem tűnt úgy, hogy sikeres lehet. Mivel Egely György már hivatkozott könyve teljesen a Boyer-elmélet alapján magyarázza a ZPE-hasznosító eszközök működését, azok – és most ismétlem magam – vagy nem működnek, vagy nem azon az alapon, ahogy Egely tárgyalja. Mielőtt valaki a könyvből nagy nevekre hivatkozó részeket idézve nekem esne, megemlítem, hogy Egely a bevezető fejezetekben sok fizikai jelenséget teljesen korrekt módon tárgyal. Ismerteti Planck munkásságát és egy sereg, egyébként senki által nem vitatott jelenséget, amelyek a ZPE létét bizonyítják. Végül azonban – anélkül, hogy említené, hogy ezzel az elektromágneses jelenségek kvantumos értelmezését (pl. foton létét) teljesen el kell vetni (!) – Boyer sikertelen stochasztikus elektrodinamikája mellett teszi le a voksot.

A ZPE működésben

A negyvenes években a holland Hendrick Casimir a ZPE meglepő megnyilvánulási formáját jósolta meg.[7] Az eredeti probléma két dipólusos részecske közti Van der Waals-erő távolságfüggésének torzulása a ZPE hatására. Míg azonban ez egy atomi méretekben jelentkező dolog, Casimir azt állította, hogy a ZPE létrehozta erő makroszkopikusan is megnyilvánulhat. Számításai szerint vákuumban két A felületű, egymástól kicsiny a távolságra helyezett töltetlen fémlap között

[9]

nagyságú vonzóerő fog fellépni. Az erőt, amely [9] szerint a távolság negyedik hatványával csökken, 1996-ban Steven Lamoreaux kísérletileg is kimérte és eredménye 5%-os pontossággal megegyezett az elmélettel (ne felejtsük el, hogy nagyon gyenge hatásról van szó).

  A hatás abból adódik, hogy a fémlapok között csak olyan hullámhosszú EM-módusok alakulhatnak ki, amelyek csomópontja a fémlap felületén van (a rögzített végű húrhoz hasonlóan), a fémlapokon kívül pedig mindenféle módus kialakulhat (egyik végén rögzített, végtelen hosszú húr). Ez különbséget fog okozni a fémlapok közötti és a két azon kívüli térrész ZPE-jében. A három térrész összenergiája a fémlapok közelítésével csökken, és ennek megfelelően a lapok között vonzóerő lép fel. Más anyagú vagy formájú komponenseket használva más nagyságú, illetve irányú erő léphet fel, például egy fémgömbnél a falakat szétfeszítő erőt kapunk.

Egyértelmű, hogy – a nagyságrendektől eltekintve – a ZPE-vel munkát lehet így végeztetni. A két közeledő fémlap áttételen keresztül turbinát hajthat, amivel áramot lehet termelni. A 9. egyenlet szerint szép nagy fémlapokat kellene használnunk, ha ezzel egy zseblámpaelemet szertnénk működtetni (gyors fejszámolással a négyzet alakú fémlap oldalhossza 1010 km nagyságrendű lenne). Ha valaki más formájú és anyagú komponensekkel próbálkozva ezt az eszközt hátizsáknyira tudná is csökkenteni (erre az elmélet szerintem nemigen mutat reális lehetőséget), akkor is csak néhány másodpercig tartana az energiatermelés, aztán a fémlapok összeérnének és vége. A lapok eltávolítására pedig – szomorú – ugyanakkora energiát kell befektetni, mint amennyit kinyertünk (a veszteségek miatt persze többet).

Az a fránya entrópia

A tudomány a Casimir-effektuson kívül a ZPE számos más megnyilvánulását ismeri (pld. az ún. Lamb-eltolódás), ezek azonban általában nem mutathatók ki makroszkopikus méretekben. Ezen effektusok fontos szerepet játszhatnak a ZPE kinyerésében, mint a technológiai megoldás részei, nélkülük a ZPE-hez "nem férnénk hozzá". Az effektusok puszta létezése, illetve azok felsorolása azonban semmiképpen sem bizonyítja, hogy a ZPE-ből folyamatosan lehet energiát kicsatolni.

Az alábbi példában a ZPE-vel "teli" vákuumot a meleg tengervízzel helyettesítem. A hasonlat egyáltalán nem távoli, mivel általános alapelvekre és nem technológiákra fogok koncentrálni.

A meleg tengervízbe helyezett, gázt tartalmazó, dugattyúval lezárt hengerrel munkát lehet végeztetni. A Casimir-effektusnak megfelelő hatás az, hogy a tengervíz melege hatására a hengerben lévő gáz kitágul. Az elmozduló dugattyúval hasznos munkát végeztethetünk. Az elvégzett munka nem lehet nagyobb, mint a tengervíz energiavesztesége (annak rovására végeztük a munkát). Ez az energiamegmaradás tételének alkalmazása a konkrét esetre, és ennek jogosságával nem is szoktak vitatkozni.

Az alapvető probléma, hogy a hengerben lévő gáz hamar felveszi a tenger hőmérsékletét, utána már nem tágul tovább, a munkavégzés leáll. Találnunk kell valami hideg közeget, amely a gázt lehűtve újra lehetővé teszi a munkavégzést, azaz az energiakicsatolást a tengervízből. A hűtőközeg közben természetesen felmelegszik, de ha elég nagy mennyiségű (pl. egy hideg tengeráramlás a mélyben[8]), a munkát gyakorlatilag korlátlan ideig végeztethetjük.

A tengervíz energiájához (hőmérsékletéhez) hasonlóan a vákuum ZPE-je is gyakorlatilag homogén eloszlású, így belőle nem nyerhető ki folyamatosan energia. Természetesen, amennyiben találnánk az univerzum megfelelő közeli pontján egy olyan térrészletet, ahol a ZPE a minálunk ismerttől eltérő nagyságú (jellegű), akkor a folyamatos energiakicsatolásnak nem lenne elvi akadálya (ekkor jöhetnének a technológiai megoldások). Igen valószínűnek tartom, hogy környezetünkben ilyen ZPE-anomáliák nincsenek. Gyanítom, hogy ilyen anomália környezetében a világ eléggé barátságtalan lenne (nagy gravitációs gradiensek, fekete lyukak?). Még az alternatív ZPE-irodalomban sem találtam utalást ilyesmire.

Inhomogenitás nélkül tehát folyamatosan nem végeztethető munka a ZPE-vel. Valójában már az első ciklus sem fog általában energiát termelni, hiszen a tér e pontján élve mindannyian ugyanabban a homogén ZPE-tengerben fürdünk, így már kezdetben sincs meg a szükséges inhomogenitás energia-kinyerő készülékünk és a környező tér ZPE-je között. Előző példánkra hivatkozva, ha a dugattyúban lévő gáz hőmérséklete már induláskor megegyezik a tengervíz hőmérsékletével, el sem indul az energiakinyerés.

Éppen ezt a problémát tárgyalja a termodinamika úgynevezett II. főtétele, amely kimodja, hogy egy zárt rendszer entrópiája (rendezetlensége) minden állapotváltozás során növekszik, vagy legfeljebb állandó marad. Az említett szituációra alkalmazva ez azt jelenti, hogy nem létezhet olyan periodikusan (folyamatosan) működő gép, amelynek semmi más hajtása nincs, mint egy hőtartály lehűlése. Általánosan úgy mondják, hogy másodfajú perpetuum mobile nem létezik.

Egely említett könyvében is szerepel az inhomogenitás, mint követelmény a folyamatos energiatermeléshez. Mivel ő sem tud természetes inhomogenitásról a közeli univerzumban, a következő módszert javasolja (az említett technológiákról most sem beszélek, csupán az elvről):

  1. Munka befektetésével hozzunk létre inhomogenitást a környező tér ZPE-jében. Utalva példánkra: a tenger közepén hűtsünk le egy jó nagy tartály vizet (ún. inverz Carnot-ciklus).
  2. A létrehozott inhomogenitást felhasználva végeztessünk munkát a rendszerrel: a hideg vízben hűtsük le a gázt tartalmazó hengerünket, majd a melegebb tengerbe téve hagyjuk kitágulni, miközben a dugattyú munkát végez (ún. Carnot-ciklus). Mindeközben természetesen az inhomogenitás megszűnik (a hideg vizes tartályunk felmelegszik).
  3. A kinyert munka egy részét szabadon felhasználjuk (nyereség), a másik részével a folyamatot az 1. ponttól újrakezdjük.

Teljesen egyértelmű, hogy a munkafolyamat során a környező tér ZPE-je (a környező tengervíz hőmérséklete) a kinyert munkával pontosan egyenlő mértékben csökken, tehát az energiamegmaradással feltehetőleg nincs baj. A tér ZPE-jének csökkenése ráadásul elhanyagolható, mivel arányosan nagyon kicsi az energiakivételünk. Íme a ZPE megcsapolása! Vagy egy olyan hajót készíthetünk, amely hajtóenergiáját a tengervízben tárolt hőenergiából meríti, és közben csupán a tenger vizét hűti.

Egely valójában eléggé szeparáltan beszél az 1. és a 2. pontok megvalósításáról. Szinte az az érzésem, hogy nem merte azokat ilyen szépen egymás után tenni, és a végén hozzáadni a körfolyamat megvalósításához szükséges 3. pontot. Az olvasó ezért nem szembesül vele, hogy ez a másodfajú örökmozgó iskolapéldája. Az első ciklustól eltekintve a rendszer zárt, és csupán "lehűléséből" származik a megtermelt munka. Mindezek alapján számomra teljesen világos, hogy Egely módszere a folyamatos energiatermelésre alkalmatlan.

Általában a konkrét "találmányoknál" nagyon nehéz fülön csípni azt a munkafolyamatot, amely nem egészen úgy működik, ahogy feltalálója elképzelte. Egy gép sokkal összetettebb, semhogy egyszerű összefüggésekkel leírható legyen. Annak, aki bízik az I. és II. főtételekben, nem is kell egy ilyen gép működését végigelemeznie; a főtételekből következik, hogy ilyen elvű gép nem működhet. A tudósok ilyen hozzáállása rettenetesen zavarja az önjelölt feltalálókat ("Ha meg sem akarják részleteiben érteni, akkor hogyan állítják, hogy nem működhet?"), pedig a tudósok számára éppen az ilyen irányelvek megtalálása és következetes használata jelenti a tudomány működését.

Ne tévesszen meg senkit, hogy igyekeztem kerülni a konkrét megvalósítások (technológiák) tárgyalását. Egely könyve Az energiakicsatolás alapelvei fejezetének 71–74. oldalán szintén nem technológiákról, hanem elvekről értekezik. Ezek az – egyébként tisztán, egyszerűen megfogalmazott – elvek pontosan a vázolt háromlépéses sémának felelnek meg (kezdeti munkabefektetéssel inhomogenitás létrehozása a ZPE-ben, az inhomogenitás segítségével energia kicsatolása, végül a körfolyamat lezárása). Következésképpen az alapelvek – bár az energiamegmaradással összhangban lehetnek – sértik a II. főtételt, így az ezen az elven működő gépek másodfajú örökmozgónak minősülnének, ha lennének! Mindez tökéletesen független attól, milyen fizikai alapú és milyen hatásfokú technológiákat alkalmaznak!

Utószó Tesláról

Nem győzöm eleget hangsúlyozni, hogy a nullponti energia (ZPE, vákuumenergia) létét manapság csak igen kevesen vitatják. Létezését a kvantumelmélet kidolgozása során ismerték fel, és azóta szervesen beépült az elméletbe. Ez a hangzatos nevű és bonyolult elméleti hátterű jelenség új lökést adott a féltudományos elmélkedéseknek is. Az ezzel foglalkozók kiragadják a tudomány eredményeiből a nekik tetsző részleteket és olyan elméletek felépítésére használják azokat, amelyek nyilvánvalóan ellentétben állnak a tudományos rendszer más alapelemeivel (leggyakrabban az energiamegmaradás, még inkább az entrópianövekedés tételeivel). Az ilyen elméletekben gyakran hivatkoznak ismert és elismert tudósok igazolt eredményeire, de ezek az eredmények minden valószínűség szerint nem alkalmasak a kérdéses elmélet igazolására. Ráadásul mindig voltak olyan tudósok, feltalálók, akiknek szenzációs eredményeik mellett akadtak téves, némelykor szinte az őrültséggel határos elképzeléseik, amelyeket az idő végül is nem igazolt. Ilyen feltaláló lehetett Tesla is.[9]

Nikola Tesla 1856-ban született a horvátországi Smiljan városában. 1884-ben az Egyesült államokba emigrált. Alapvető szerepe volt a váltóáram hasznosításának kidolgozásában. Nevéhez kapcsolódik a háromfázisú elektromos rendszer, a dinamó és az elektromotor elvének kidolgozása. Az 1896-tól működő niagarai erőmű Tesla szabadalmai alapján készült és róla nevezték el. Nagy szellemi ellenfele Edison volt, aki az egyenáramú rendszert preferálta, és aki végül ebben alul maradt Teslával szemben. Tesla ezekkel a találmányokkal mindörökre beírta magát a tudomány történetébe, amit azzal is honoráltak, hogy a mágneses erő mértékegységét róla nevezték el (tesla, jele T).

Ez azonban Tesla alakjának csak az egyik oldala. Fantáziája messze túlszárnyalt ezeken a találmányokon. Olyan szerkezeteken dolgozott, amelyek reménye szerint gyökeresen megváltoztathatták volna az emberiség életét. Az egyik ilyen fantazmagóriája az üzemanyag nélküli motor volt. Elképzeléseiről sajnos nem maradtak fenn részletes feljegyzések. Információk szerint Tesla olyan motort képzelt el, amely a működéséhez szükséges energiát valamilyen, a környezetünkben mindenhol előforduló, mindig rendelkezésre álló forrásból szerezte volna be. Hogy ez az energiaforrás mi lenne, arról nem szólnak feljegyzések, de többen az elektromágneses éterre gyanakodnak. Tudomásunk szerint Tesla életében sehol sem mutatott be működőképes modellt, és mivel az éterelmélet azóta megdőlt, nem valószínű, hogy a nagy felfedező ezúttal jó nyomon járt.

A későbbiekben Tesla a vezeték nélküli energiaátvitelen dolgozott és Long Island-i laboratóriuma mellett monumentális szerkezetet épített fel. Ekkor azonban pénzügyi gondok merültek fel, riválisa, Marconi nagy sikereket ért el a rádiózásban, míg ő nemigen jutott előre kutatásaiban. Tesla lassanként leszakadt az élmezőnyről a folyamatos versenyben. Jóval később, 87 évesen halt meg New Yorkban.

Ezek az események Tesla alakját alkalmassá tették arra, hogy halála után neve köré furcsa legenda szövődjön. Eszerint Tesla felfedezte a világegyetem energiáit megcsapoló eszközt, de ellenfelei, köztük a hagyományos energiahordózók kitermelésében és hasznosításában érdekelt cégek, meghiúsították munkáját és tönkretették a zseniális feltalálót.


Jegyzetek

.
1 Több jó kereső is van, én az alábbiakat használom: Altavista, Excite, Yahoo. Nemrég jelent meg egy új – a keresők keresője: Ask Jeeves. Ez az említett keresőkön is lefuttatja a keresést, így egy csapásra az internet hatalmas adathalmazának többféle metszetét lehet látni.
2 Patric G. Bailey: Review of Free Energy Experiments.
3 Patric G. Bailey: Free Energy, Theory, Devices and Progress,. Előadás az International Forum on New Sciences konferencián 1992. szeptember 19-én.
4 Philip Yam: Exploiting Zero-Point Energy, a Scientific American honlapján.
5 Egely György ismertet egy csomó találmányt, amely hite szerint legalább elméletileg működik, és amely ugyancsak véleménye szerint kapcsolatba hozható a vákuumenergiával. Egely György: Tértechnológia. Energetika, 1998.
6 Hraskó Péter szóbeli közlése nyomán, zuglói sétálgatások és kertbeli üldögéléseksorán csiszolva.
7 Philip Gibbs: What is the Casimir effect? a fizikusok kérdésgyűjteménye (Physics FAQ) honlapon.
8 Ezzel a módszerrel valóban termelnek energiát, bár a technológiák még nem tökéletesek. Lásd Terry R. Penney – Desikan Bharathan: Energia az óceánból. Tudomány, 1987. március, 46–52. old.
9 Tesláról bőven olvashatunk az interneten. A legjobb felkeresni az Ask Jeeves keresőt, és rákeresni a Nikola Tesla névre. Az eredménylapon válassza ki a "Where can I learn about the scientist Nikola Tesla" pontot. Érdemes a többi anyagba is belenézni. Tesla fantasztikus terveiről, amelyek a tudomány mai állása szerint tévutak voltak, viszont a fanatikus Tesla-hívők bibliáját jelentik: például http://pages.prodigy.net/onichelson/. Tesla üzemanyag nélküli motorjának kritikai elemzését adta Hraskó Péter a Janus Pannonius Tudományegyetemen a Fizikus Napok keretében 1999. április 20-án elhangzott előadásán: Tesla és az üzemanyag nélküli motor
Utolsó módosítás:


Levél a lapgazdának
Lap tetejére X-Aknak honlap Természet Világa Hozzászólások Reagálás e-mailen