能量是一个必须始终为正的量，至少这是直觉告诉我们的。如果每个单个粒子都从一定体积中移除，直到没有剩下任何可能携带能量的物质，那么就达到了极限是吗？或者即使是从真空空间中也能提出取能量吗？量子物理学一次又一次地证明它与我们的直觉相矛盾，在这种情况下也是如此。在某些条件下，负能量是允许存在的，至少在一定的空间和时间范围内是允许的。
维也纳科技大学、比利时布鲁塞勒大学和印度理工学院坎普尔分校的一个国际研究小组现在已经研究了负能量的可能程度。事实证明，无论考虑哪种量子理论，无论假设宇宙中的对称性如何，“借用”能量总是有一定的限制。能量可以小于零，但就像向银行借钱一样，这种能量最终必须“还清”。维也纳科技大学理论物理研究所的Daniel Grumiller教授说：在广义相对论中，通常假设能量在宇宙中的任何时候、任何地方都大于零。
这对引力有一个非常重要的结果：能量通过公式E=MC?与质量相关联，因此，负能量也意味着负质量。正质量相互吸引，但质量为负时，引力可能突然变成一种斥力。然而，量子理论允许负能量存在，根据量子物理，在特定位置从真空中借用能量是可能的，就像从银行借钱一样。很长一段时间，科学现在不知道这种“能量信贷的最高金额以及必须支付的可能利率”。关于这种”利息“(在文献中称为”量子利益“)的各种假设已经发表，但还没有达成全面的结果。
2017年证明所谓的“量子零能量条件”(QNEC)，通过将相对论和量子物理联系起来，为能量的“借用”规定了一定限制：因此允许小于零的能量，但只能在一定范围内，并且只在一定时间内。能有多少能量在能量信用极限耗尽之前，从真空中借来的依赖于一个量子物理量，即所谓的纠缠熵。在某种意义上，纠缠熵是衡量一个系统行为受量子物理控制的程度，如果量子纠缠在空间的某个点起到关键作用。例如接近黑洞边缘，那么在一段时间内可能会出现负能量流动，并且该区域中的负能量成为可能。
不意味着违反能量守恒定律
明确禁止从真空中提取无限能量的能量条件，对于非常不同的量子理论是有效的，无论对称性如何。能量守恒定律是不能被智取的，当然，这与神秘的“超越统一机器”无关，据说它们无中生有地产生能量，因为它们在神秘的圈子里反复出现。
自然界允许能量在某一特定时间段内小于零的事实并不意味着违反了能量守恒定律，为了在某个位置启用负能量流，必须在紧邻的位置有补偿性的正能量流。即使事情比以前想象的要复杂一些，能量也不能从无中获得，即使它可以变成负能量。新研究结果现在对负能量设置了严格的界限，从而将其与量子力学的典型属性联系起来。
博科园｜研究/来自：维也纳科技大学
参考期刊《物理评论快报》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.121602
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