“Τίποτα δεν έρχεται από το τίποτα” νουθετεί ο Βασιλιάς Ληρ τη Cordelia στο ομώνυμο έργο του Σαίξπηρ. Όμως, στον κβαντικό κόσμο είναι διαφορετικά: εκεί, κάτι εμφανίζεται από το τίποτα και κινεί τα έπιπλα τριγύρω. Συγκεκριμένα, εάν τοποθετήσετε δύο φορτισμένες μεταλλικές πλάκες δίπλα-δίπλα μέσα στο κενό, θα κινηθούν η μία προς την άλλη, φαινομενικά χωρίς λόγο. Προσέξτε, δεν θα κινηθούν και πολύ.
Δύο πλάκες με έκταση ενός τετραγωνικού μέτρου τοποθετημένες σε απόσταση ενός χιλιοστού του χιλιοστού, θα αισθανθούν μια δύναμη που ισοδυναμεί με λίγο περισσότερο από το ένα δέκατο του γραμμαρίου. Ο Ολλανδός φυσικός Hendrik Casimir σημείωσε αρχικά αυτή τη μικροσκοπική κίνηση το 1948.
"Το φαινόμενο Casimir είναι μια εκδήλωση της κβαντικής παραξενιάς του μικροσκοπικού κόσμου," λέει ο φυσικός Steve Lamoreaux του Πανεπιστημίου Yale. Έχει να κάνει με την κβαντική ιδιορρυθμία που είναι γνωστή ως αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg, η οποία ουσιαστικά λέει ότι όσο περισσότερα γνωρίζουμε για κάποια πράγματα στον κόσμο της κβαντικής μηχανικής, τόσο λιγότερο ξέρουμε για τα υπόλοιπα.
Δεν μπορείτε, για παράδειγμα, να συμπεράνετε την ακριβή θέση και την ορμή ενός σωματιδίου ταυτόχρονα. Όσο πιο σίγουροι είστε πού είναι ένα σωματίδιο, τόσο λιγότερο σίγουροι είμαστε για το πού οδεύει (ορμή). Παρόμοια αβεβαιότητα υπάρχει μεταξύ ενέργειας και χρόνου, με μια δραματική συνέπεια. Εάν ο χώρος ήταν κάποια στιγμή πραγματικά κενός, θα περιείχε ακριβώς μια μηδενική ενέργεια σε μία προκαθορισμένη χρονική στιγμή – κάτι που η αρχή της αβεβαιότητας μας το απαγορεύει. Από τα ανωτέρω προκύπτει ότι δεν υπάρχει τέτοιο πράγμα, όπως το αληθινό κενό.
Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία πεδίου, ο κενός χώρος στην πραγματικότητα σφύζει από βραχύβια σωματίδια που εμφανίζονται, ζουν πολύ λίγο, και εξαφανίζονται πάλι. Κι όλα αυτά για να συνεχιστεί να ισχύει η παραβίαση της αρχής της αβεβαιότητας. Τα περισσότερα από αυτά τα σωματίδια είναι ζεύγη φωτονίων και των αντισωματιδίων τους, που γρήγορα εξαϋλώνονται μέσα σε μια φυσαλίδα ενέργειας.
Τα μικροσκοπικά ηλεκτρικά πεδία που προκαλούνται από αυτά τα αναδυόμενα σωματίδια, και οι επιδράσεις τους στα ελεύθερα ηλεκτρόνια πάνω σε μεταλλικές πλάκες, μπορεί να εξηγήσουν κατ’ αρχήν το φαινόμενο Casimir. Ή και δεν μπορούν. Χάρη στην αρχή της αβεβαιότητας, τα ηλεκτρικά πεδία που σχετίζονται με τα άτομα στις μεταλλικές πλάκες επίσης υφίστανται διακυμάνσεις. Οι διακυμάνσεις αυτές δημιουργούν μικροσκοπικές έλξεις, τις γνωστές van der Waals δυνάμεις μεταξύ των ατόμων.
"Δεν μπορείτε να αποδώσετε τη δύναμη Casimir αποκλειστικά είτε στο σημείο μηδέν του κενού ή στη κίνηση μηδενικού σημείου των ατόμων που απαρτίζουν τις δύο πλάκες”, υποστηρίζει ο Steve Lamoreaux. "Ή μπορεί και η τελευταία άποψη να είναι ορθή που καταλήγει στο ίδιο φυσικό αποτέλεσμα".
Όποια λοιπόν εικόνα υιοθετήσεις το φαινόμενο Casimir είναι αρκετά μεγάλο για να είναι πρόβλημα. Σε μηχανές στην κλίμακα της νανοκλίμακας, για παράδειγμα, η δύναμη Casimir θα μπορούσε να αναγκάσει τα διάφορα συστατικά που βρίσκονται σε άμεση γειτνίαση, να κολλάνε μεταξύ τους.
Ο τρόπος για να αποφευχθεί αυτό το ενδεχόμενο μπορεί να είναι απλώς να αναστρέψουν το αποτέλεσμα. Το 1961, ρώσοι φυσικοί έδειξαν θεωρητικά ότι συνδυασμοί υλικών με διαφορετικές έλξεις Casimir μπορεί να δημιουργήσουν σενάρια όπου το συνολικό αποτέλεσμα θα είναι απωστικό. Αποδεικτικά στοιχεία για αυτή την παράξενο "κβαντική άνωση" είχε ανακοινωθεί τον Ιανουάριο του 2009 από φυσικούς στο Πανεπιστήμιο του Harvard, που είχαν στήσει πλάκες χρυσού και διοξειδίου του πυριτίου, διαχωρισμένες από το υγρό βρωμοβενζένιο.
Πηγή: New Scientist
http://www.physics4u.gr
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου