Τι είναι το φαινόμενο Casimir;

Το φαινόμενο Casimir αναφέρεται στη μικροσκοπική ελκτική δύναμη που εμφανίζεται ανάμεσα σε δύο αφόρτιστες πλάκες στο κενό. Αυτή η δύναμη Casimir είναι μετρήσιμη μόνο όταν οι πλάκες είναι πολύ κοντά μεταξύ τους (πολλές ατομικές διαμέτρους). Αυτή η δύναμη είχε προβλεφθεί το 1948 από τον Hendrik Casimir, έναν Ολλανδό θεωρητικό φυσικό. Επαληθεύτηκε πειραματικά το 1958 από τον Marcus Spaarnay, πάλι στη Philips στο Eindhoven ενώ μελετούσε τις ιδιότητες των κολλοειδών διαλυμάτων. Η αναγνωρισμένη αιτία του φαινομένου Casimir είναι οι διακυμάνσεις του κβαντικού κενού (διακυμάνσεις μηδενικού σημείου) του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου μεταξύ των πλακών.

Η ελκτική δύναμη εμφανίζεται επειδή, όπως υποδεικνύει η κβαντική θεωρία, ακόμη και το λεγόμενο κενό περιέχει ένα πλήθος εικονικών ηλεκτρομαγνητικών σωματιδίων και αντι-σωματιδίων σε συνεχή κατάσταση διακύμανσης. Αυτό είναι γνωστό ως ενέργεια κενού. Επειδή το κενό μεταξύ των πλακών περιορίζει τα πιθανά μήκη κύματος των ζευγών εικονικών σωματιδίων, υπάρχουν λιγότερα εικονικά σωματίδια στον χώρο μεταξύ των πλακών σε σχέση με τον χώρο έξω από αυτά. Αυτό σημαίνει ότι η ενεργειακή πυκνότητα μεταξύ των πλακών είναι μικρότερη από εκείνη της ενεργειακής πυκνότητας του περιβάλλοντος χώρου, δημιουργώντας μια αρνητική πίεση που τραβάει τις πλάκες μεταξύ τους τόσο ελαφρά.

Όσο πλησιάζουν οι πλάκες, τόσο μικρότερη είναι η πυκνότητα ενέργειας του κενού. Μόλις το 1997 μετρήθηκε το ακριβές μέγεθος της δύναμης Casimir από τον Steve K. Lamoreaux του Εθνικού Εργαστηρίου του Los Alamos μαζί με τους Umar Mohideen και Anushree Roy από το UC Riverside. Επειδή η χρήση δύο παράλληλων πλακών θα απαιτούσε μη πρακτικά υψηλά πρότυπα για ακριβή ευθυγράμμιση, χρησιμοποιήθηκαν μια πλάκα και μια σχεδόν τέλεια σφαίρα. Μέσα σε ένα περιθώριο σφάλματος 5%, η ένταση βρέθηκε να είναι ακριβώς αυτή που προβλεπόταν από την κβαντική θεωρία. ορίζεται ως η ενέργεια μηδενικού σημείου των τρόπων Fourier του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου μεταξύ των πλακών.

Με ορισμένα υλικά και σε ορισμένες διαμορφώσεις, έχει αποδειχθεί ότι το φαινόμενο Casimir μπορεί να είναι απωθητικό όσο και ελκυστικό. Φαίνεται ότι η δύναμη Casimir είναι πολύ μικρή για να εφαρμοστεί χρήσιμα σε οποιαδήποτε από τις σημερινές τεχνολογίες μας, αν και η γνώση της ύπαρξής της μπορεί να είναι απαραίτητη για όσους σχεδιάζουν μικρομηχανικές ή νανομηχανικές ρομποτικές συσκευές στο παρόν και στις επόμενες δεκαετίες. Κάποια μέρα μπορεί να είναι δυνατή η εκμετάλλευση του φαινομένου Casimir για την παραγωγή ενέργειας, αν και αυτή η μέρα είναι πολύ μακριά και είναι πιθανό να ανακαλυφθούν πιο αποδοτικές πηγές ενέργειας πριν καν αυτό γίνει δυνατό.