Ceva sau nimic? Efectul Casimir

Din nimic, nimic va iesi” o avertizeaza Regele Lear pe Cordelia în opera omonima scrisa de Shakespeare. În lumea cuantica lucrurile se petrec într-un mod diferit: în acest microunivers aparte ceva ia nastere din nimic si poate pune lucrurile în miscare.

Concret, daca punem doua placute metalice neutre din punct de vedere electric una alaturi de cealalta în vid, se vor deplasa una spre alta, aparent fara motiv. Atentie, nu se vor deplasa mult. Doua placi având o suprafata de un metru patrat pozitionate la o miime de milimetru una de cealalta vor resimti o forta echivalenta cu putin peste o zecime de gram.

Fizicianul olandez Hendrik Casimir a remarcat pentru prima data aceasta minuscula deplasare în 1948. „Efectul Casimir este una dintre manifestarile bizare de natura cuantica din lumea microscopica”, afirma fizicianul Steve Lamoreaux de la Universitatea Yale.

Efectul are de-a face cu una din normele ciudate ale lumii cuantice cunoscuta sub numele de „principiul de nedeterminare al lui Heisenberg”, care în esenta afirma urmatoarele: cu cât stim mai multe despre unele lucruri apartinând lumii cuantice, cu atât mai putin cunoastem despre alte lucruri. Nu putem deduce, de exemplu, pozitia exacta si impulsul unei particule în acelasi timp. Cu cât suntem mai siguri ca stim unde este particula, cu atât mai putin suntem siguri de locul spre care se îndreapta.

O relatie similara, de incertitudine, exista si în ceea ce priveste energia si timpul, cu o consecinta dramatica. Daca vidul ar fi cu adevarat gol, ar contine zero energie la un moment precis definit în timp, un lucru pe care principiul de incertitudine ne interzice sa îl cunoastem.

Rezulta ca, de fapt, vidul cuantic nu exista. În conformitate cu teoria cuantica a câmpului, în vid iau constant nastere diverse „chestii” cu o durata foarte scurta de viata care apar, privesc pentru foarte scurt timp în jur si se decid ca nu le place ceea ce vad, disparând în neantul care le-a creat, toate acestea pentru ca Universul sa respecte regulile impuse de principiul incertitudinii. În mare parte, e vorba de perechi alcatuite din fotoni si antiparticulele lor, care se anihileaza rapid. Minusculele câmpuri electrice generate de aceste particule care apar de nicaieri si efectul lor asupra electronilor liberi din placile metalice ar putea explica efectul Casimir.

Sau poate lucrurile nu stau astfel. Datorita principiului incertitudinii, câmpurile electrice asociate cu atomii din placile de metal variaza de asemenea. Aceste fluctuatii dau nastere unor forte de atractie minuscule între atomi, numite forte van der Waals. „Nu se poate atribui forta Casimir exclusiv particulelor virtuale din vidul cuantic ori exclusiv minusculei deplasari a atomilor care formeaza placutele”, afirma Lamoreaux. „Fiecare punct de vedere este corect si conduce catre acelasi rezultat concret, fizic. „

Indiferent ce varianta îmbratisam, efectul Casimir este suficient de intens pentru a reprezenta o problema. În mecanisme realizate la scara nanometrica, de exemplu, efectul ar putea determina elementele componente aflate în imediata vecinatate sa se lipeasca unele de altele.

O modalitate de a evita asa ceva ar fi simpla inversare a efectului. În 1961, fizicienii rusi au demonstrat teoretic ca anumite combinatii de materiale caracterizate de forte de atractie Casimir de valori diferite pot da nastere unor scenarii în care efectul total este unul de respingere. Dovada acestei asa-numite si stranii „flotabilitati cuantice” a fost prezentata în ianuarie 2009 de fizicieni de la Universitatea Harvard, care au realizat un montaj din placute de aur si de siliciu separate de bromobenzen lichid (Nature, vol. 457, p. 170).

newscientist.com

Bogdan

Per aspera ad astra