Zu seiner Überraschung stellte Hotta fest, dass eine einfache Abfolge von Ereignissen tatsächlich dazu führen konnte, dass das Quantenvakuum negativ wird – und Energie abgibt, über die es scheinbar nicht verfügt. „Zuerst dachte ich, dass ich falsch liege“, sagte er, „also habe ich noch einmal nachgerechnet und meine Logik überprüft. Aber ich konnte keinen Fehler finden.“
Das Problem ergibt sich aus der bizarren Natur des Quantenvakuums, das a eigenartige Art von Nichts das kommt einem Etwas gefährlich nahe. Das Unschärfeprinzip verbietet es einem Quantensystem, in einen vollkommen ruhigen Zustand mit genau der Energie Null zu gelangen. Infolgedessen muss auch das Vakuum immer von Schwankungen in den Quantenfeldern, die es füllen, knacken. Diese nie endenden Schwankungen verleihen jedem Feld eine minimale Energiemenge, die sogenannte Nullpunktsenergie. Physiker sagen, dass sich ein System mit dieser minimalen Energie im Grundzustand befindet. Ein System im Grundzustand ist ein bisschen wie ein Auto, das auf den Straßen von Denver geparkt ist. Obwohl es deutlich über dem Meeresspiegel liegt, kann es nicht tiefer gehen.
Illustration: Quanta Magazine
Und doch schien Hotta eine Tiefgarage gefunden zu haben. Um das Tor zu öffnen, erkannte er, musste er nur eine intrinsische Verschränkung im Knistern des Quantenfelds ausnutzen.
Die unaufhörlichen Vakuumschwankungen können beispielsweise nicht zum Antrieb eines Perpetuum mobile genutzt werden, da die Schwankungen an einem bestimmten Ort völlig zufällig sind. Wenn Sie sich vorstellen, eine fantasievolle Quantenbatterie an das Vakuum anzuschließen, würde die Hälfte der Schwankungen das Gerät aufladen, während die andere Hälfte es entladen würde.
Aber Quantenfelder sind verschränkt – die Fluktuationen an einer Stelle stimmen tendenziell mit den Fluktuationen an einer anderen Stelle überein. Im Jahr 2008 veröffentlichte Hotta einen Aufsatz, in dem er darlegte, wie zwei Physiker, Alice und Bob, dies tun könnten Nutzen Sie diese Zusammenhänge aus um Energie aus dem Grundzustand zu ziehen, der Bob umgibt. Das Schema sieht ungefähr so aus:
Bob braucht Energie – er möchte diese fantasievolle Quantenbatterie aufladen –, aber alles, worauf er Zugriff hat, ist leerer Raum. Glücklicherweise verfügt seine Freundin Alice an einem weit entfernten Ort über ein voll ausgestattetes Physiklabor. Alice misst das Feld in ihrem Labor, injiziert dort Energie in das Feld und lernt so seine Schwankungen kennen. Dieses Experiment bringt das gesamte Feld aus dem Grundzustand, aber soweit Bob das beurteilen kann, bleibt sein Vakuum im Zustand minimaler Energie und schwankt zufällig.
Doch dann schickt Alice Bob eine SMS mit ihren Erkenntnissen über das Vakuum um ihren Standort herum und sagt ihm im Grunde, wann er seine Batterie einstecken soll. Nachdem Bob ihre Nachricht gelesen hat, kann er das neu gewonnene Wissen nutzen, um ein Experiment vorzubereiten, das dem Vakuum Energie entzieht – bis zu der von Alice injizierten Menge.
„Diese Informationen ermöglichen es Bob, die Schwankungen zeitlich zu bestimmen“, sagte er Eduardo Martín-Martínez, ein theoretischer Physiker an der University of Waterloo und dem Perimeter Institute, der an einem der neuen Experimente arbeitete. (Er fügte hinzu, dass der Begriff des Timings aufgrund der abstrakten Natur von Quantenfeldern eher metaphorisch als wörtlich zu verstehen sei.)
Bob kann nicht mehr Energie extrahieren, als Alice hineingesteckt hat, daher bleibt Energie erhalten. Und ihm fehlt das nötige Wissen, um die Energie zu extrahieren, bis Alices Text eintrifft, sodass sich kein Effekt schneller als das Licht ausbreitet. Das Protokoll verstößt gegen keine heiligen physikalischen Prinzipien.