Od majonézy ke Casimirovu jevu

20. únor 2009 | 06.00 |

Z hlediska kvantové elektrodynamiky není kvantové vakuum absolutní nic bez energie, ale má jistou "nulovou" energii a hemží se rejděním virtuálních fotonů, které vznikají a zanikají. Jsou důsledkem kvantových fluktuací, které existují vždy i ve vakuu a při velmi nízkých teplotách kolem absolutní nuly. Virtuální částice nemohou být detektovány, ale mohou produkovat měřitelné reálné jevy, neboť neenergeticky interagují s reálnými částicemi. Jedno z "kouzel" kvantové elektrodynamiky je vznik přitažlivé síly mezi dvěma dokonale vodivými rovnoběžnými deskami ve vakuu, tzv. Casimirův jev. Casimir se přes 50 lety pokoušel pochopit, proč se kapaliny jako třeba majonéza pohybují tak pomalu.

Holandský fyzik Casimir předpověděl tento jev v roce 1948. V roce 1956 Jevgenij M. Lifšic jeho předpověď zobecnil pro reálné materiály desek a reálnou tekutinu mezi nimi. Proto je síla někdy nazývána Casimirova-Lifšicova.
Casimirův jev nastává  v případě, že se ve vakuu velmi blízko sebe ocitnou například dvě nenabité desky, které by se vzhledem k absenci náboje neměly navzájem silově ovlivňovat (vzájemné gravitační působení obou desek je v mikrosvětě zanedbatelné).  Z pohledu kvantové fyziky představuje vakuum jakousi vroucí polévku plnou neustále vznikajících a zanikajících částic. Ovšem tento karneval částic s jepičí délkou života vznikajících mezi dvěma deskami ve velmi malé vzdálenosti od sebe je poněkud chudší než rej ve volném vakuu kolem nich. Ve stísněném prostoru mezi deskami mohou vznikat jen fotony o takové vlnové délce, která se mezi desky ještě vejde. Vlnové délky fotonů tak musí mít velikost takovou, aby vzdálenost mezi deskami byla jejím celočíselným násobkem. To znamená, že virtuálních párů částic vzniká v prostoru mezi deskami o něco méně než mimo ně, kde mohou nabývat libovolných vlnových délek. Elektromagnetické pole mezi deskami se tak liší od elektromagnetického pole v okolním prostoru. Rovnováha se může obnovit až ve chvíli, kdy se obě desky přitisknou k sobě.
Dvě rovnoběžné nenabité desky se vzájemně přitahují malou, avšak nenulovou silou (která je pro dostatečně tenké desky podstatně větší, než vzájemná gravitační přitažlivost). Jak v okolním prostředí, tak i mezi těmito deskami totiž vznikají vakuové fluktuace (virtuální páry částic a antičástic). Ty, které vznikají mezi deskami, mají omezený soubor možných vlnových délek, neboť musí mít takovou vlnovou délku, aby vzdálenost mezi deskami byla jejím celočíselným násobkem. To znamená, že virtuálních párů částic vzniká v prostoru mezi deskami o něco méně než mimo ně, kde mohou nabývat libovolných vlnových délek.
Zdálo se, že Casimirova-Lifšicova síla se praktického světa jen tak nedotkne. Změna však přišla s rozvojem nanotechnologií. Ty pracují v tak malých rozměrech, že se i s tak zdánlivě bezcenným jevem musí začít počítat a konstruktérům nanostrojů je podivná přitažlivost některých látek na obtíž. Tuto sílu však možná půjde využít jako například základ bezdotykových, dokonalých ložisek pro nanozařízení. Lifšic předpověděl, že výsledný efekt síly může být i odpudivý a to se konečně podařilo experimentálně potvrdit. Zatím však tento typ levitace v mikrosvětě funguje při nahrazení vakua kapalinou – bromobenzenem..
Kulička na fotografii poskytuje důkaz, že se vesmír bude navždy rozpínat. Kulička měří něco přes desetinu milimetru a v důsledku energetických fluktuací vakua prázdného prostoru se pohybuje k hladké desce. Jde tedy o klasický Casimirův jev.
Většina formy hmoty ve vesmíru je totiž v dosud neznámé formě zvané temná energie. Původ temné energie je téměř neznámý, ale předpokládá se, že má podobně jako u Casimirova jevu vztah k fluktuacím vakua, které jsou ale nějak generované samotným vesmírem. Zdá se, že tato nesmírná a záhadná temná energie gravitačně odpuzuje veškerou hmotu a tudíž zřejmě způsobuje trvalé rozpínání vesmíru.

Casimir

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 0.00 (0x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Související články

žádné články nebyly nenalezeny

Komentáře

RE: Od majonézy ke Casimirovu jevu :- o 22. 02. 2009 - 14:42
RE: Od majonézy ke Casimirovu jevu fyzmatik 22. 02. 2009 - 16:14