Casimir-effekten

Illustrasjon av Casimir-effekten mellom to metalliske plater i vakuum.
Lisens: CC BY SA 3.0

Artikkelstart

Casimir-effekten er en beskrivelse av hvordan objekter i vakuum (tomrom) kan påvirkes av krefter på grunn av kvantefysiske effekter. Det vanligste eksemplet på Casimir-effekten er to nøytrale metall-plater som vil tiltrekkes hverandre når de befinner seg i vakuum.

Faktaboks

Etymologi

Oppkalt etter den nederlandske fysikeren Hendrik Casimir.

Effekten har sitt fysiske opphav i at vakuum i en kvantemekanisk beskrivelse ikke er helt tomt og i stedet har fluktuerende felt og energi til stede.

Den teoretiske forutsigelsen av effekten ble gitt av de nederlandske fysikerne Dirk Polder og Hendrik Casimir. Den spesifikke situasjonen med tiltrekning mellom to elektrisk nøytrale plater i vakuum ble formulert av Casimir i 1948. Eksperimentelle fysikere klarte i 1997 å bekrefte forutsigelsene til Casimir med stor nøyaktighet.

Beskrivelse

Vakuum, vanligvis beskrevet som tomt rom, beskrives mest nøyaktig i fysikk av kvantefeltteori. I følge kvantefeltteori er vakuum aldri helt tomt. I stedet eksisterer det fluktuerende elektromagnetisk stråling som fører til at vakuum har et bestemt energiinnhold.

Elektromagnetisk stråling beskrives kvantemekanisk som et felt bestående av bølger med mange ulike bølgelengder. I følge kvantemekanikk må verdiene til bølgelengdene generelt sett være kvantiserte; det betyr at bølgelengdene kun kan anta noen bestemte verdier, mens andre verdier er forbudte.

Når objekter slik som metaller plasseres i vakuum, påvirker dette de kvantiserte verdiene som bølgelengdene i det elektromagnetiske feltet kan anta. Dette skjer fordi feltet må tilfredsstille visse fysiske betingelser ved overflaten til objektene. Hvis man flytter på objektene, vil verdiene til bølgelengdene i det fluktuerende elektromagnetiske feltet endres, som vist i figuren. Dermed endres også den tilhørende energien til feltet.

Dette resonnementet viser at det finnes en kobling mellom måten objekter i vakuum plasseres på rent geometrisk og vakuumenergien til det elektromagnetiske feltet. Siden ethvert system søker å minimere sin energi, fører dette til at objektene spontant kan prøve å endre sin posisjon, avhengig av hvilken geometrisk konfigurasjon som fører til lavest total energi.

Casimir-effekten med metalliske plater i vakuum er et eksempel på dette. Ved å flytte seg nærmere hverandre, reduseres vakuumenergien mellom platene. Dette fører til en tiltrekning mellom platene som kan måles eksperimentelt.

Det finnes i dag ingen teknologiske anvendelser av Casimir-effekten, men det foregår forskning på om effekten kan benyttes innen nanoteknologi og elektromekaniske systemer.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg