بسیاری از فیزیکدانان معتقدند که در دل فضای خالی کیهان، انرژی بی‌حد و حصری وجود دارد که ریشه در نظریه میدان‌های کوانتومی دارد؛ شاخه‌ای از فیزیک که ترکیبی است از مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت خاص انیشتین. در این نظریه، ذرات بنیادی، آن‌طور که ما می‌شناسیم، در واقع موجودیت‌های مجزایی نیستند، بلکه میدان‌های کوانتومی‌اند که همه فضا و زمان را پر کرده‌اند. به‌عبارت دقیق‌تر، میدان‌ها ماهیت بنیادی دارند و ذرات تنها نوسانات موضعی این میدان‌ها هستند که انرژی کافی گرفته و حرکت می‌کنند.
به این ترتیب، هر نقطه از فضا، حتی اگر هیچ ذره‌ای در آن نباشد، همچنان حامل انرژی است. از آنجا که هر حجم محدود (مثلا یک جعبه کاملا خالی) بی‌نهایت نقطه هندسی دارد، پس به‌طور نظری می‌توان گفت بی‌نهایت انرژی در این حجم نهفته است.
حالت پایه یا انرژی نقطه صفر؛ پایین‌ترین سطح انرژی ممکن
حتی در آرام‌ترین حالت ممکن، میدان‌های کوانتومی انرژی دارند. این پایین‌ترین سطح انرژی حالت پایه (Ground State) یا انرژی نقطه صفر (Zero-Point Energy) نامیده می‌شود. این حالتی است که در آن هیچ انرژی یا هیجان اضافه‌ای وجود ندارد؛ نه لرزشی، نه موجی و نه برهم‌کنشی فراتر از حداقل ممکن.
اما مکانیک کوانتومی، به‌ویژه اصل عدم قطعیت هایزنبرگ (Heisenberg uncertainty principle)، تضمین می‌کند که حتی در این حالت مینیمم هم میدان‌ها باید مقداری انرژی داشته باشند. یعنی برخلاف فیزیک کلاسیک که در آن می‌توان همه حرکت‌ها را حذف کرد و به انرژی صفر رسید، در دنیای کوانتومی همواره یک سطح پایه‌ای از انرژی وجود دارد که نمی‌توان آن را از بین برد.
چرا نمی‌توان انرژی خلا را به کار گرفت؟
این موضوع پرسشی اساسی ایجاد می‌کند: اگر این انرژی بی‌نهایت در همه جای خلا وجود دارد، چرا نتوانیم آن را برداشت کنیم و برای انجام کار استفاده کنیم؟ پاسخ کوتاه این است که چون این انرژی، پایین‌ترین سطح انرژی کل کیهان است. برای انجام هر کار فیزیکی باید انرژی از حالتی به حالتی دیگر منتقل شود؛ یعنی باید اختلاف انرژی داشته باشیم.
اما اگر همه جا همین انرژی زمینه‌ای وجود دارد، نمی‌توان تفاوت انرژی ایجاد کرد؛ به عبارتی، جایی وجود ندارد که بتوان انرژی را به آنجا ریخت یا از آنجا گرفت بدون اینکه همچنان در همان سطح انرژی زمین باقی بمانیم. این مانند تلاش برای برداشت آب از کف یک چاه خشک است که چیزی برای بیرون کشیدن وجود ندارد.
اصل عدم قطعیت هایزنبرگ و توجیه کوانتومی نوسانات خلا
یکی دیگر از راه‌های توضیح این پدیده، استفاده از اصل بنیادی عدم قطعیت هایزنبرگ است؛ این اصل می‌گوید هیچ‌گاه نمی‌توان همزمان انرژی دقیق یک ذره و مدت زمان دقیق حضور آن را با دقت بی‌نهایت دانست. این عدم قطعیت باعث می‌شود که حتی در حالت پایه‌ای، ذراتی موسوم به ذرات مجازی (Virtual Particles) به‌طور گذرا به‌وجود بیایند و بلافاصله ناپدید شوند.
این ذرات به‌طور موقت مقداری انرژی از خلا قرض می‌گیرند تا وجود داشته باشند، اما طبق قانون، باید این انرژی را در زمان بسیار کوتاهی بازگردانند. اگر تلاش کنیم این ذرات گذرا را به‌صورت دائمی استخراج کنیم، در واقع قانون عدم قطعیت را نقض کرده‌ایم؛ به همین دلیل، نمی‌توان این نوسانات را به منبع انرژی پایدار تبدیل کرد.
نتیجه‌گیری
بر اساس اصولی که بیان شد می‌توان نتیجه گرفت که انرژی نقطه صفر فقط بستر فیزیک جهان است، نه منبعی برای برداشت؛ بنابراین، هرچه باشد، انرژی نقطه صفر پس‌زمینه همه پدیده‌های فیزیکی است. شالوده‌ای است که روی آن همه تعاملات، نیروها و حرکت‌ها رخ می‌دهند. همان‌طور که نمی‌توان کف یک ساختمان بدون زیرزمین را پایین‌تر برد، نمی‌توان از وضعیت زمین خلا پایین‌تر رفت تا انرژی بیشتری به دست آورد.
بنابراین هر کاری که در کیهان بخواهیم انجام دهیم، از راه‌اندازی یک موتور گرفته تا روشن کردن یک لامپ یا پرتاب یک سفینه فضایی همچنان باید به روش قدیمی و با منابع انرژی متداول مانند سوخت‌های فسیلی، انرژی هسته‌ای یا انرژی‌های تجدیدپذیر انجام شود. در حال حاضر، هیچ نظریه یا فناوری عملی برای بهره‌گیری از انرژی خلا وجود ندارد.
در نهایت، انرژی بی‌نهایت خلا یک حقیقت نظری شگفت‌انگیز و الهام‌بخش برای فیزیکدانان است، اما مسیر استفاده عملی از آن فعلا بسته است. در نتیجه، فناوری‌ها و شرکت‌های انرژی همچنان به جستجوی منابع انرژی پایدارتر و کم‌هزینه‌تر روی زمین و در فضا ادامه می‌دهند؛ بدون تکیه بر این رویای کوانتومی.