Wat is het Casimir-effect?

Vraag: Wat is het Casimir-effect?

Antwoord:

De Casimir-effect is een resultaat van kwantumfysica dat de logica van de alledaagse wereld lijkt te trotseren. In dit geval resulteert het in een vacuümenergie van "lege ruimte" die feitelijk een kracht uitoefent op fysieke objecten. Hoewel dit bizar lijkt, is het een feit dat het Casimir-effect vele malen experimenteel is geverifieerd en enkele nuttige toepassingen biedt op sommige gebieden van de nanotechnologie.

Hoe het Casimir-effect werkt

De meest elementaire beschrijving van het Casimir-effect omvat een situatie waarin u twee ongeladen metalen platen bij elkaar hebt, met een vacuüm ertussen. Normaal denken we dat er niets tussen de platen zit (en dus geen kracht), maar het blijkt dat wanneer de situatie wordt geanalyseerd met behulp van kwantumelektrodynamica, er iets onverwachts gebeurt. De virtuele deeltjes gecreëerd in het vacuüm creëren virtuele fotonen die interageren met de ongeladen metalen platen. Als gevolg hiervan, als de platen extreem dicht bij elkaar liggen (minder dan een micron), wordt dit de dominante kracht. De kracht neemt snel af naarmate de plaats verder uit elkaar ligt. Toch is dit effect gemeten tot binnen ongeveer 15% van de waarde voorspeld door de theorie zelf, waardoor het duidelijk is dat het Casimir-effect vrij reëel is.

Geschiedenis en ontdekking van het Casimir-effect

Twee Nederlandse natuurkundigen die bij het Philips Research Lab in 1948 werkten, Hendrik BG Casimir en Dirk Polder, stelden het effect voor terwijl ze aan vloeistofeigenschappen werkten, zoals waarom mayonaise zo langzaam stroomt ... wat laat zien dat je nooit weet waar een belangrijk inzicht zal komen Komt van.

Dynamisch Casimir-effect

Een variant van het Casimir-effect is het dynamische Casimir-effect. In dit geval beweegt een van de platen en veroorzaakt de ophoping van fotonen in het gebied tussen de platen. Deze platen zijn gespiegeld, zodat de fotonen zich daartussen blijven ophopen. Dit effect werd experimenteel geverifieerd in mei 2011 (zoals gerapporteerd in Wetenschappelijke Amerikaan en Technology Review). Het wordt gedemonstreerd (zonder veel fanfare ... of audio) op deze YouTube-video.

Potentiële toepassingen

Een mogelijke toepassing zou zijn om het dynamische Casimir-effect toe te passen als middel voor het creëren van een voortstuwingsmotor voor een ruimtevaartuig, dat in theorie het schip zou voortstuwen met behulp van de energie uit het vacuüm. Dit is een zeer ambitieuze toepassing van het effect, maar het lijkt een suggestie voor een beetje fanfare door een Egyptische tiener, Aisha Mustafa, die de uitvinding heeft gepatenteerd. (Dit alleen betekent natuurlijk niet veel, want er is zelfs een patent op een tijdmachine, zoals beschreven in het non-fictieboek van Dr. Ronald Mallett Tijd reiziger. Er moet nog veel werk worden verricht om te zien of dit haalbaar is of dat het gewoon een andere mooie en mislukte poging is tot een eeuwigdurende bewegingsmachine, maar hier zijn een handvol artikelen over de eerste aankondiging (en ik voeg er meer toe als Ik hoor over eventuele vooruitgang):

• OnIslam.com - Egyptische student vindt nieuwe aandrijfmethode uit, 16 mei 2012
• Fast Company - Mustafa's Space Drive: Quantum Physics Invention van een Egyptische student, 21 mei 2012
• Crazy Engineers - Nieuwe aandrijfmethode met dynamisch Casimir-effect Uitgevonden door de Egyptische student, 27 mei 2012
• Gizmodo - Egyptische tiener bedenkt nieuw ruimtevoortstuwingssysteem op basis van kwantummechanica, 29 mei 2012

Er zijn ook verschillende suggesties dat het bizarre gedrag van het Casimir-effect toepassingen in de nanotechnologie zou kunnen hebben - dat wil zeggen in zeer kleine apparaten die op atomaire grootte zijn gebouwd.

Een andere suggestie is geweest dat kleine "Casimir-oscillatoren" een kleine oscillator zouden zijn die in verschillende nanomechanische systemen zou kunnen worden gebruikt. Deze specifieke hypothetische toepassing wordt in 1995 in meer en meer technische details uitgelegd Journal of Microelectromechanical Systems artikel "De Anharmonic Casimir Oscillator (ACO) - Het Casimir-effect in een model micro-elektromechanisch systeem."