Casimir-effekten


Dela den här artikeln med dina vänner:

Nyckelord: casimir effekt, kvantmekanik, fysik, icke-konserverande energi, tallrik, vakuumenergi, nollpunktsenergi.

Läs mer: vetenskap och teknik forum

Casimir-effekten manifesterar sig i form av en mycket svag attraktiv kraft mellan två parallella metallplattor nedsänkt i en resonanskavitet (hermetiskt sluten metalllåda) i frånvaro av ett elektromagnetiskt fält.



Enligt den klassiska teorin om elektromagnetism och klassisk mekanik borde de två plattorna vara rörlösa eftersom det regerar i hålrummet en absolut tomrum av något fält. För att kunna flytta behöver metallplattorna energi som de inte kan dra någonstans.

Casimir-effekten är ett rent resultat av kvantfältteori. Det föreställdes och beräknades av den holländska fysikern Hendrick Casimir i 1948.

Selon kvantfältteori, det elektromagnetiska fältet (och detta är också tillämpligt på alla kvantfält) har olika energitillstånd. Lägre energinivå - marktillståndet - motsvarar frånvaron av kvant av energi (fotonerna i det elektromagnetiska fältet) eller med andra ord vakuumet. Det första "upphetsade" tillståndet är staten vid en kvantitet energi eller en foton. Det andra upphetsade tillståndet är två-fotonstillståndet och så vidare.

Emellertid är representationen som ges av kvantfältteori av vakuum åtminstone paradoxal. Denna tomhet är faktiskt full av energi som inte "materialiseras" i form av partiklar. Men under korta perioder kan denna energi materialiseras i partiklar eller kvanter vars liv är mycket kort. De kallas virtuella partiklar. Även om kvalificerad som virtuell, effekterna av dessa quanta (fotoner i vårt fall) är verkliga.

I håligheten kommer virtuella kvanta (virtuella fotoner) spontant att "komma fram" från tomrummet. Spektrumet för dessa fotons våglängder är kontinuerligt men eftersom kaviteten är stängd, kommer de flesta frekvenserna att vara destruktiva och slutligen endast några få frekvenser (som kallas resonanslägen) kommer att förbli i hålrummet. Detta är det klassiska fenomenet resonans i en resonanshålighet. Resonanslägena kännetecknas av det faktum att våglängden hos läget är en hel submultiple av avståndet som skiljer hålets ytor. Antalet tillåtna tillstånd är därför proportionellt mot det avstånd som skiljer hålets ytor.

I den konfiguration som intresserar oss upprättas resonanser mellan kavitetsytorna och plattorna och mellan plattorna själva. Om avståndet mellan plattorna är mindre än deras avstånd från kavitetsytorna, kommer det att finnas mer resonanslägen mellan kavitetsytorna och plattorna, än mellan plattorna själva. Det strålningstryck som utövas på plattornas "inre" ytor är därför lägre än det som gäller för deras "yttre" ytor. Detta resulterar i en mycket svag kraft som bringar plattorna närmare varandra.

Även om man förutspådde från 1948, observerades denna effekt experimentellt för första gången endast i 1997.

För att vara noggrann, skulle det vara nödvändigt att involvera kvanten av alla befintliga kvantfält. Men dessa fält kräver mycket energi att materialisera från tomrummet vilket resulterar i en liten sannolikhet för materialisering av den associerade kvanten jämfört med det elektromagnetiska fältet. Därför är deras bidrag till Casimir-effekten väsentligen försumbar.

Casimir-effekten visar attMed vakuum är det möjligt att generera rörelse. I detta utgör det en stor kränkning av den klassiska principen om energibesparing och kan mäta hur kvantfysiken kan vara förvirrande!


Facebook kommentarer

Lämna en kommentar

Din e-postadress kommer inte att publiceras. Obligatoriska fält är markerade *