Efectul Casimir"Din nimic, nimic va ieşi" o avertizează Regele Lear pe Cordelia în opera omonimă scrisă de Shakespeare. În lumea cuantică lucrurile se petrec într-un mod diferit: în acest microunivers aparte ceva ia naştere din nimic şi poate pune lucrurile în mişcare.

 

 

 

Minuni cuantice: efectul Zeno cuantic (2)



Concret, dacă punem două plăcuţe metalice neutre dpdv electric una alături de cealaltă în vid, se vor deplasa una spre alta, aparent fără motiv. Atenţie, nu se vor deplasa mult. Două plăci având o suprafaţă de un metru pătrat poziţionate la o miime de milimetru una de cealaltă vor resimţi o forţă echivalentă cu puţin peste o zecime de gram.

Fizicianul olandez Hendrik Casimir a remarcat pentru prima dată această minusculă deplasare în 1948. "Efectul Casimir este una dintre manifestările bizare de natură cuantică din lumea microscopică", afirmă fizicianul Steve Lamoreaux de la Universitatea Yale.

Efectul are de-a face cu una din normele ciudate ale lumii cuantice cunoscută sub numele de "principiul de nedeterminare al lui Heisenberg", care în esenţă afirmă următoarele: cu cât ştim mai multe despre unele lucruri aparţinând lumii cuantice, cu atât mai puţin cunoaştem despre alte lucruri. Nu putem deduce, de exemplu, poziţia exactă şi impulsul unei de particule în acelaşi timp. Cu cât suntem mai siguri că ştim unde este particula, cu atât mai puţin siguri suntem de locul spre care se îndreaptă.



O relaţie similară, de incertitudine, există şi în ceea ce priveşte energia şi timpul, cu o consecinţă dramatică. Dacă vidul ar fi cu adevărat gol, ar conţine zero energie la un moment precis definit în timp, un lucru pe care principiul de incertitudine ne interzice să îl cunoaştem.

Rezultă că, de fapt, vidul cuantic nu există. În conformitate cu teoria cuantică a câmpului, în vid iau constant naştere diverse "chestii" cu o durată foarte scurtă de viaţă care apar, privesc pentru foarte scurt timp în jur şi se decid că nu le place ceea ce văd, dispărând în neantul care le-a creat, toate acestea pentru ca Universul să respecte regulile impuse de principiul incertitudinii. În mare parte, e vorba de perechi alcătuite din fotoni şi antiparticulele lor, care se anihilează rapid. Minusculele câmpuri electrice generate de aceste particule care apar de nicăieri şi efectul lor asupra electronilor liberi din plăcile metalice ar putea explica efectul Casimir.

Sau poate lucrurile nu stau astfel. Datorită principiului incertitudinii, câmpurile electrice asociate cu atomii din plăcile de metal variază de asemenea. Aceste fluctuaţii dau naştere unor forţe de atracţie minuscule între atomi, numite forţe van der Waals. "Nu se poate atribui forţa Casimir exclusiv particulelor virtuale din vidul cuantic ori exclusiv minusculei deplasări a atomilor care formează plăcuţele", afirmă Lamoreaux. "Fiecare punct de vedere este corect şi conduce către acelaşi rezultat concret, fizic. "

Indiferent ce variantă îmbrăţişăm, efectul Casimir este suficient de intens pentru a reprezenta o problemă. În mecanisme realizate la scară nanometrică, de exemplu, efectul ar putea determina elementele componente aflate în imediată vecinătate să se lipească unele de altele.

O modalitate de a evita aşa ceva ar fi simpla inversare a efectului. În 1961, fizicienii ruşi au demonstrat teoretic că anumite combinaţii de materiale caracterizate de forţe de atracţie Casimir de valori diferite pot da naştere unor scenarii în care efectul total este unul de respingere. Dovada acestei aşa-numite şi stranii "flotabilităţi cuantice" a fost prezentată în ianuarie 2009 de fizicieni de la Universitatea Harvard, care au realizat un montaj din plăcuţe de aur şi de siliciu separate de bromobenzen lichid (Nature, vol. 457, p. 170).

 

Minuni cuantice: testul Elitzur-Vaidman(4)

 

 

Textul de mai sus reprezintă traducerea şi adaptarea articolului Something for nothing, publicat de New Scientist. Reed Business Information Ltd şi New Scientist nu îşi asumă nicio responsabilitate privind eventuale erori de traducere.
Traducător: Ecaterina Pavel