Steekwoorden: casimir-effect, kwantummechanica, natuurkunde, niet-conserveringsenergie, plaat, vacuümenergie, nulpuntsenergie.

Meer informatie gebruiksaanwijzing: forum wetenschap en technologie

Het Casimir-effect manifesteert zich in de vorm van een zeer zwakke aantrekkingskracht tussen twee parallelle metalen platen ondergedompeld in een resonerende holte (hermetisch afgesloten metalen doos) in afwezigheid van een elektromagnetisch veld.

Volgens de klassieke theorie van elektromagnetisme en klassieke mechanica, moeten de twee platen onbeweeglijk blijven omdat er in de holte een absolute leegte van elk veld heerst. Om te kunnen bewegen hebben de metalen platen energie nodig die ze nergens kunnen tekenen.

Het Casimir-effect is een puur resultaat van de kwantumveldentheorie. Het werd bedacht en berekend door de Nederlandse natuurkundige Hendrick Casimir in 1948.

Selon kwantumveldentheorieheeft het elektromagnetische veld (en dit geldt ook voor alle kwantumvelden) verschillende energietoestanden. De laagste energietoestand - de grondtoestand - komt overeen met de afwezigheid van energiekwanta (fotonen in het geval van het elektromagnetische veld) of met andere woorden vacuüm. De eerste "aangeslagen" toestand is de toestand met een kwantum van energie of een foton. De tweede aangeslagen toestand is de toestand van twee fotonen, enzovoort.

De weergave door de kwantumveldentheorie van vacuüm is echter op zijn minst paradoxaal. Deze leegte is in feite vol energie die niet wordt 'gematerialiseerd' in de vorm van deeltjes. Gedurende korte periodes kan deze energie zich echter voordoen in deeltjes of quanta waarvan het leven erg kort is. Ze worden virtuele deeltjes genoemd. Hoewel gekwalificeerd als virtueel, de effecten van deze quanta (fotonen in ons geval) zijn echt.

In de holte zullen virtuele quanta (virtuele fotonen) spontaan "tevoorschijn komen" uit de leegte. Het golflengtespectrum van deze fotonen is continu, maar omdat de holte gesloten is, zullen de meeste frequenties destructief zijn en uiteindelijk slechts een paar specifieke frequenties (genaamd resonantiemodi) zal in de holte blijven. Dit is het klassieke fenomeen van resonantie in a resonerende holte. De resonantiemodi worden gekenmerkt door het feit dat de golflengte van de modus een hele submultipel is van de afstand die de vlakken van de holte scheidt. Het aantal toegestane modi is daarom evenredig met de afstand die de vlakken van de holte scheidt.

In de configuratie die ons interesseert, worden resonanties tot stand gebracht tussen de vlakken van de holte en de platen en tussen de platen onderling. Als de afstand tussen de platen kleiner is dan hun afstand tot de vlakken van de holte, dan zullen er meer resonantiemodi zijn tussen de vlakken van de holte en de platen, dan tussen de platen onderling. De stralingsdruk uitgeoefend op de "interne" vlakken van de platen is daarom minder dan die welke van toepassing is op hun "externe" vlakken. Dit resulteert in een zeer zwakke kracht die de platen dichter bij elkaar brengt.

Hoewel voorspeld sinds 1948, werd dit effect pas in 1997 voor het eerst experimenteel waargenomen.

Om rigoureus te zijn, zou het nodig zijn om de kwanta van alle bestaande kwantumvelden te betrekken. Maar deze velden vereisen veel energie om te materialiseren vanuit de leegte, wat zich vertaalt in een lage waarschijnlijkheid van materialisatie van de bijbehorende kwanta in vergelijking met het elektromagnetische veld. Daarom is hun bijdrage aan het Casimir-effect grotendeels te verwaarlozen.

Het Casimir-effect laat dat zienmet vacuüm is het mogelijk om beweging te genereren. Hierin vormt het een grote schending van het klassieke principe van energiebesparing en kan meten hoe kwantumfysica verwarrend kan zijn!