Представьте, что вы хотите полностью опустошить коробку. Вы убираете всё содержимое, откачиваете газы и даже удаляете невидимую материю, например, тёмную. Согласно квантовой механике, внутри всё равно останется энергия — так называемая энергия нулевой точки или энергия основного состояния. Она существует в двух формах: связанная с полями (например, электромагнитным) и с дискретными объектами (атомами, молекулами). Даже при охлаждении до абсолютного нуля атомы сохраняют энергию. Причина — принцип неопределённости Гейзенберга: невозможно одновременно точно определить положение и скорость частицы, поэтому энергия не может быть нулевой.
Эффект энергии нулевой точки проявляется в разных явлениях. Например, молекулы и кристаллические решётки вибрируют даже в основном состоянии. Жидкий гелий не затвердевает при обычном давлении даже при экстремально низких температурах. В 2025 году исследователи, охладив молекулу йодпиридина почти до абсолютного нуля и разрушив её лазером, обнаружили коррелированное движение атомов — свидетельство вибраций в исходном состоянии.
Для полей энергия нулевой точки приводит к эффекту Казимира, предсказанному в 1948 году. Две незаряженные пластины, помещённые в вакуум, притягиваются из-за разницы в энергии нулевых колебаний электромагнитного поля внутри и снаружи.
Теоретически, энергия нулевой точки поля бесконечна, так как поле состоит из бесконечного числа осцилляторов. Физики обычно работают с разностями энергий, вычитая одну бесконечность из другой. Однако для гравитации это не работает: огромная энергия вакуума должна создавать мощное гравитационное поле, способное разрушить Вселенную. Почему этого не происходит — одна из главных загадок современной физики.
Энергия нулевой точки — это не просто остаточное явление. Вакуум содержит потенциал всех возможных частиц и полей, даже тех, что ещё не открыты. Как отмечает физик Питер Милони, в вакууме присутствует «электронность», даже если нет ни одного электрона. Это ничто, наполненное возможностью стать чем угодно.