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 elõbányászni errõl a témáról internet- és személyes fizikuskapcsolatom révén. Bár teljesen meggyõzõdtem arról, hogy a szenzációsnak kikiáltott eszközökbõl nem lesz erõmû, olyan valós fizikai problémákkal találkoztam, amelyek újfent megdöbbentettek és lenyûgöztek.

Nekem csak egy csehszlovák gyártmányú lemezjátszó és homályosan a mágneses térerõ 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 termelõ eszközzel kapcsolatban. Meg is húztam magam, és titokban rákerestem a „Tesla” névre az internet egyik keresõprogramján.¹

  A találatok sokasága lenyûgözött. 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 elõítéleteimet és mindenféle megközelítést elfogulatlanul kezelek. Szeretném megérteni ezeket a fogalmakat, és azt, hogy az ezen fogalmakra hivatkozó kutatók, feltalálók eszközei hogyan mûködnek.

  Egy szûrõfeltételt azért alkalmaztam, ez pedig az energiamegmaradás tétele (a termodinamikában I. fõtételnek nevezik), amely kimondja, hogy energia a semmibõl nem születhet, illetve az energia a semmibe nem tûnhet el. Ebbõl következik, hogy elsõfajú perpetuum mobile – olyan gép, amely munkát végez és közben nem használ fel azonos mennyiségû energiát – nem létezik. A legtöbb anyag átment ezen a szûrõn abban az értelemben, hogy szerzõik 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 mûködnek, vagy egyáltalán nem mûködnek.

A kutakodást nagyon hamar szûkítenem kellett a dokumentumok iszonytató mennyisége miatt, de elõbb csoportosítanom kellett a témákat, nehogy a fürdõvízzel együtt a gyereket is kilöttyintsem. Nagyon jó kiindulási alap volt egy alternatív internetcikk², amely ismerteti az ilyenfajta kutatások alapelveit és a vizsgált eszközöket. Az alábbi osztályozás végül is saját termékem, de tükrözi a különbözõ forrásokból szerzett ismereteimet.

Nullponti energia (ZPE)

  Azt fejezi ki, hogy az elektromágneses mezõ – mint minden kvantumos mezõ – abszolút nulla fokon is rendelkezik bizonyos energiával (errõl szól a következõ fejezet). Angol elnevezésének – zero point energy – kezdõbetûibõl alkotott mozaikszóval ZPE.

Vákuumenergia

  Az esetek messze legnagyobb részében a ZPE-vel rokonértelemben használják. Az elnevezés azt a – közember számára nehezen emészthetõ – tényt emeli ki, hogy az elektomágneses mezõ vivõközege a vákuum, így az elektromágneses mezõ 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 ûrenergia 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 hozzáférhetõen (ingyen) rendelkezünk.

Tiszta energia

  Az elõzõhöz hasonló értelmû, de inkább „zöld” – környezetvédõ – 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 különbözõ formáit, a szélenergiát, a geotermikus vagy tengeri hõenergiát, 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 kinyerhetõ, az is potenciális ingyen- vagy tiszta energia lesz, feltéve, hogy olcsón kitermelhetõ (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 szûrõfeltételem, az energiamegmaradás tétele szerint azonnal ki kellett volna zárni a vizsgálatomból, azonban a szerzõk-alkotók furcsán – sokkal gyengébb értelemben – használják a hatásfok fogalmát. Valójában kétféle értelmezésrõl van szó:

  – minden olyan eszköz, ami több energiát termel, mint amit készítésére (építésére) és mûködtetésére befektetünk;

  – minden olyan eszköz, ami látszólag több energiát termel, mint amit felhasznál.

  Természetesen minden erõmûvünktõl elvárjuk, hogy több energiát termeljen, mint amit építésére és mûködtetésére befektetünk, így az elsõ 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 mûködik.”

  Szigorúan véve ez a hipotetikus eszköz is 100% alatti hatásfokkal mûködik, 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 tûnik, 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 egyöntetûen a vákuumenergia, így én is erre a témára összpontosítottam.

  A tudomány ismeri és a kvantumelméletben széleskörûen használja a vákuumenergia fogalmát, de nem tud olyan eszközrõl, amivel ez az energia folyamatos üzemben kinyerhetõ. 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 mûködõ eszközöket kellene bemutatniuk. Ez nem könnyû dolog. Az International Forum on New Science nevû konferencián egy abszolút alternatívenergia-párti elõadó – aki összegezte az elméleti hátteret, a többtucatnyi vizsgált találmányt és a finanszírozási lehetõségeket – az alábbiakat írta:³

  „Számos feltaláló számol be a normálisnál magasabb, sõt 100%-nál magasabb hatásfokú eszközökrõl. Sajnálatos módon ezeket az eredményeket más kutatók mind a mai napig nem reprodukálták…” A dokumentum vége felé: „Az itt ismertetett eszközök közül egyrõl sem tudok, amelyet a feltétlen támogatáshoz szükséges módon megfelelõen és pozitív eredménnyel teszteltek…”

  A ScientificAmerican 1997-ben interjút készített az alternatív energiavadászok által manapság talán legtöbbet hivatkozott H. E. Puthoff-fal, a texasi Austinban mûködõ, a vákuumból energiát termelõ technikákkal foglalkozó Institute for Advanced Studies igazgatójával⁴. A cikkben ez olvasható:

  „Puthoff intézménye – amelyet õ szeret minitalálmányi hivatalnak nevezni – körülbelül tíz eszközt vizsgált meg az elmúlt tíz évben és egyet sem talált mûködõképesnek.”

  Ahhoz képest, hogy Puthoff szerint a jövõ 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 mûködõ modellt, nekem nincs semmi esélyem. Ettõl még elvileg ki lehetne nyerni a ZPE-t, ezért a továbbiakban a következõ témákkal foglalkozom:

  – Mi is a vákuumenergia, illetve nullponti energia (ZPE)?

  – Elvileg kinyerhetõ-e ez az energia?

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

  A fizika sok területén használják a harmonikus oszcillátor modelljét különféle rendszerek leírására. A harmonikus oszcillátor olyan rendszer, amelyben a visszahúzó erõ egyenesen arányos a rezgõ 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 függõ súly jó megközelítésben pontszerûnek tekinthetõ. 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 tömegétõl 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=0^o), 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 kvantumelméletbõl következõ 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 valószínûségi hullámfüggvény. Az inga a hullámfüggvény által megadott térrészben mindenütt jelen van, és egy megfigyelésnél a függvény által leírt valószínûségeknek megfelelõen fogjuk e térrészben valahol megtalálni. Szó sincs véletlenszerû fluktuációról, ahogy azt sokan értelmezik. A fluktuáció – még ha véletlenszerû is – egy pályát tételez fel, ez pedig nem egyeztethetõ össze a kvantummechanikával. Hogy nem egyszerû szómágiáról van szó, itt talán nem egyértelmû, de például az atommag körül „keringõ” elektron esetében már világos. Az atommag körül keringõ gerjesztett elektronnak pontosan keringési frekvenciájának megfelelõ 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 létezésérõl 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 megfelelõ a klasszikus megközelítést alkalmazni, az elemi részecskék és a mezõk világában azonban sok esetben egyedül a kvantumelmélet ad használható eredményt.

  A ZPE az inga (harmonikus oszcillátor) jellemzõje és az inga paramétereinek (l, m és g) megváltoztatása nélkül nem módosítható. Azonban – mivel [4] szerint a ZPE függ az oszcillátor frekvenciájától, a frekvencia pedig [1] 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 paraméterû 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 elegendõen nagy ZPE-jû oszcilláló rendszert találni, akkor lehet esélyünk annak megcsapolására. Az, hogy ebbõl folyamatos lehet az energiatermelés, megint más kérdés, de haladjunk apránként.

  A természetben elõforduló rendszereket általában nem lehet egyetlen – adott paraméterû – harmonikus oszcillátorral modellezni. Gyakran azonban a ránézésre összevissza rezgõ rendszer leírható néhány, esetleg végtelen különbözõ paraméterû (rezgésszámú) harmonikus oszcillátor összegével. Ilyen, viszonylag egyszerû 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 idõbeli kitérésfüggvénye szabálytalannak tûnik. 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).

  A kvantummechanikai [4] egyenlet szerint azonban a lehetséges, de nem gerjesztett módusoknak (oszcillátorok) is van energiájuk. Amennyiben l a hullámhossz, c_h a hullámterjedési sebesség a húron, l pedig a húr hossza, a
n · l = c_h 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 tûnik (és helyes is), azért itt két dolgon fennakadtam. Egyrészt az így kiszámolt ZPE értéke végtelen, másrészt enyhén meglepõ, 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 mezõ (EM) között elég nagy a különbség, az EM viselkedése mégis hasonlóan, végtelen harmonikus oszcillátor segítségével írható le. Adott pontban az elektromos tér nagysága az idõben látszólag összevissza változik, ám ez visszavezethetõ a sok oszcillátor (módus) együttes mûködésére. 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 egyszerûen 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 részletektõl eltekintve is fennáll az elõzõ probléma: ha a rendszerbõl 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 mezõ 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 tûnt el. Utalva az inga tárgyalására itt is téves lenne ezt a ZPE-t valamiféle sugárzásnak tekinteni. Az alapállapotú vákuumba helyezett sugárzásmérõ 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 épülõ 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 hírû 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 jellegû sugárzás, mint például a világegyetemben mindenütt jelen levõ 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 õket, mivel Boyer elmélete nem volt sikeres. Mondhatnám azt is, megbukott, de ez nem igaz, mivel gyakorlatilag soha nem tûnt úgy, hogy sikeres lehet. Mivel Egely György már hivatkozott könyve5 teljesen a Boyer-elmélet alapján magyarázza a ZPE-hasznosító eszközök mûködését, azok – és most ismétlem magam – vagy nem mûködnek, vagy nem azon az alapon, ahogy Egely tárgyalja. Mielõtt valaki a könyvbõl nagy nevekre hivatkozó részeket idézve nekem esne, megemlítem, hogy Egely a bevezetõ 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) teljesen el kell vetni (!) – Boyer sikertelen stochasztikus elektrodinamikája mellett teszi le a voksot.

Folytatás