Vad är Casimir-effekten?

Fråga: Vad är Casimir-effekten?

Svar:

De Casimir-effekt är ett resultat av kvantfysik som verkar trotsa logiken i vardagens värld. I detta fall resulterar det i en vakuumenergi från "tomt utrymme" som verkligen utövar en kraft på fysiska föremål. Även om detta kan verka bisarr är faktumet att Casimir-effekten har experimentellt verifierats många gånger och ger några användbara applikationer inom vissa områden inom nanoteknologi.

Hur Casimir-effekten fungerar

Den mest grundläggande beskrivningen av Casimir-effekten innehåller en situation där du har två oladdade metallplattor nära varandra, med ett vakuum mellan dem. Vi tror normalt att det inte finns något mellan plattorna (och därför ingen kraft), men det visar sig att när situationen analyseras med kvantelektrodynamik, händer något oväntat. De virtuella partiklarna som skapas i vakuumet skapar virtuella fotoner som interagerar med de oladdade metallplattorna. Som ett resultat, om plattorna är extremt nära varandra (mindre än en mikron), kommer detta att bli den dominerande kraften. Kraften tappar snabbt ju längre isär platsen är. Ändå har denna effekt uppmättts till inom cirka 15% av det värde som förutses av teorin själv, vilket gör det klart att Casimir-effekten är ganska verklig.

Historia och upptäckten av Casimir-effekten

Två holländska fysiker som arbetade på Philips Research Lab 1948, Hendrik BG Casimir och Dirk Polder, föreslog effekten när de arbetar med vätskegenskaper, till exempel varför majonnäs flyter så långsamt ... vilket bara visar att man aldrig vet var en större insikt kommer att komma från.

Dynamisk Casimir-effekt

En variant av Casimir-effekten är den dynamiska Casimir-effekten. I detta fall rör sig en av plattorna och orsakar ansamling av fotoner inom området mellan plattorna. Dessa plattor speglas, så att fotonerna fortsätter att samlas mellan dem. Denna effekt verifierades experimentellt i maj 2011 (som rapporterats i Scientific American och Technology Review). Det visas (utan mycket fanfare ... eller ljud) på denna YouTube-video.

Potentiella tillämpningar

En potentiell tillämpning skulle vara att tillämpa den dynamiska Casimir-effekten som ett sätt att skapa en framdrivningsmotor för ett rymdskepp, som teoretiskt skulle driva fartyget genom att använda energin från vakuumet. Detta är en mycket ambitiös tillämpning av effekten, men det verkar vara en föreslagen till lite fanfare av en egyptisk tonåring, Aisha Mustafa, som har patenterat uppfinningen. (Detta ensamt betyder naturligtvis inte så mycket, eftersom det till och med finns ett patent på en tidsmaskin, som beskrivs i Dr. Ronald Malletts fackbok Tidsresenär. Mycket arbete måste fortfarande göras för att se om detta är genomförbart eller om det bara är ett annat snyggt och misslyckat försök till en evig rörelsemaskin, men här är en handfull artiklar som fokuserar på det första tillkännagivandet (och jag lägger till mer som Jag hör om alla framsteg):

• OnIslam.com - Egyptisk student inbjuder ny framdrivningsmetod, 16 maj 2012
• Fast Company - Mustafa's Space Drive: En egyptisk students kvantfysikuppfinning, 21 maj 2012
• Crazy Engineers - Ny framdrivningsmetod med dynamisk Casimir-effekt uppfunnet av Egyptian Student, 27 maj 2012
• Gizmodo - Egyptisk tonåring uppmanar nytt rymdframdrivningssystem baserat på kvantmekanik, 29 maj 2012

Det har också förekommit olika förslag om att det bisarra beteendet hos Casimir-effekten kan ha tillämpningar inom nanoteknologi - det vill säga i mycket små enheter byggda med atomstorlekar.

Ett annat förslag som framförts har varit små "Casimir-oscillatorer", vilket skulle vara en liten oscillator som kan användas i olika nanomekaniska system. Denna specifika hypotetiska tillämpning förklaras mer och mer teknisk i 1995 Journal of Microelectromechanical Systems artikel "The Anharmonic Casimir Oscillator (ACO) - Casimir-effekten i ett modellmikroelektromekaniskt system."