Θεωρίες φυσικής

Το κβαντικό παράδοξο του κενού

“Τίποτα δεν θα έρθει από το τίποτα,” νουθετούσε ο Βασιλιάς Ληρ την κόρη του Cordelia στο ομώνυμο έργο του Σαίξπηρ. Όμως, στον κβαντικό κόσμο, είναι διαφορετικά: εκεί, κάτι έρχεται από το τίποτα και κινείται γύρω μας.

Share

"Τίποτα δεν θα έρθει από το τίποτα," νουθετούσε ο Βασιλιάς Ληρ την κόρη του Cordelia στο ομώνυμο έργο του Σαίξπηρ. Όμως, στον κβαντικό κόσμο, είναι διαφορετικά: εκεί, κάτι έρχεται από το τίποτα και κινείται γύρω μας.

Συγκεκριμένα, εάν τοποθετήσετε δύο φορτισμένες μεταλλικές πλάκες κοντά τη μία με την άλλη μέσα σε ένα κενό, τότε η μία θα κινηθεί προς την άλλη, φαινομενικά χωρίς λόγο. Δεν θα κινηθούν και πολύ. Δύο πλάκες με έκταση ενός τετραγωνικού μέτρου τοποθετούνται σε απόσταση ενός χιλιοστού του χιλιοστού και θα αισθανθούν μια δύναμη αντίστοιχη λίγο περισσότερη από το ένα δέκατο του γραμμαρίου.

Ο ολλανδός φυσικός Hendrik Casimir σημείωσε για πρώτη φορά την μικροσκοπική αυτή κίνηση το 1948. "Το φαινόμενο Casimir είναι μια εκδήλωση της κβαντικής παραξενιάς του μικροσκοπικού κόσμου”, λέει ο φυσικός Steve Lamoreaux του Πανεπιστημίου Yale.

Έχει να κάνει με το κβαντικό παράδοξο της Αρχής της Αβεβαιότητας του Heisenberg, η οποία ουσιαστικά λέει ότι όσο περισσότερο γνωρίζουμε για κάποια πράγματα στον κβαντικό κόσμο, τόσο λιγότερο γνωρίζουμε για κάποια άλλα. Δεν μπορείτε, για παράδειγμα, να συμπεράνετε την ακριβή θέση και την ακριβή ορμή ενός σωματιδίου ταυτόχρονα. Όσο πιο σίγουροι είμαστε πού είναι ένα σωματίδιο, τόσο λιγότεροι σίγουροι είμαστε για την ορμή του.

Μια παρόμοια σχέση αβεβαιότητα υπάρχει μεταξύ ενέργειας και χρόνου, που έχει μια δραματική συνέπεια. Εάν ο χώρος ήταν κάποτε πραγματικά κενός, τότε θα περιέχει ακριβώς μηδενική ενέργεια σε μία προκαθορισμένη χρονική στιγμή – κάτι όμως που η Αρχή της Αβεβαιότητας μας το απαγορεύει.

Επομένως, δεν υπάρχει τέτοιο κενό. Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία πεδίου, ο κενός χώρος σφύζει στην πραγματικότητα με βραχύβια σωματίδια και τα αντισωματίδια τους που εμφανίζεται, ζουν για λίγο, αποφασίζουν ότι δεν τους αρέσει και εξαφανίζονται πάλι. Κι όλα αυτά για να προλάβουν το σύμπαν να μην παραβιάσει την Αρχή της Απροσδιοριστίας. Για τους φυσικούς, τα πράγματα έχουν ως εξής: τα ζεύγη των σωματιδίων και των αντισωματιδίων των γρήγορα εξαϋλώνονται σε μια φυσαλίδα ενέργειας. Τα μικροσκοπικά ηλεκτρικά πεδία που προκαλούνται από αυτά τα αναδυόμενα σωματίδια, καθώς και οι επιδράσεις τους πάνω στα ελεύθερα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στις μεταλλικές πλάκες, μπορεί να εξηγήσουν το φαινόμενο Casimir.

Ή μπορεί και να μην το εξηγούν. Χάρη στην Αρχή της Αβεβαιότητας, τα ηλεκτρικά πεδία που σχετίζονται με τα άτομα των μεταλλικών πλακών, επίσης, υφίσταται διακυμάνσεις. Οι διακυμάνσεις αυτές δημιουργούν μικροσκοπικές έλξεις – τις γνωστές ελκτικές δυνάμεις van der Waals μεταξύ των ατόμων.

"Δεν μπορείτε να αποδώσετε τη δύναμη Casimir αποκλειστικά είτε στην ενέργεια μηδενικού σημείου του κενού ή στην κίνηση του μηδενικού σημείου των ατόμων που απαρτίζουν τις πλάκες," λέει ο Steve Lamoreaux. "Είτε η μία είτε η άλλη άποψη είναι σωστή, καταλήγει στο ίδιο φυσικό αποτέλεσμα."

"Όποια εικόνα θα εγκρίνετε, το φαινόμενο Casimir είναι αρκετά μεγάλο για να αποτελεί πρόβλημα. Σε μηχανές νανοκλίμακας, για παράδειγμα, αυτό το φαινόμενο θα μπορούσε να αναγκάσει τα συστατικά τους να πλησιάσουν πολύ κοντά έως ότου κολλήσουν.

Ο μόνος τρόπος για να αποφευχθεί αυτή η συγκόλληση των τμημάτων των νανομηχανών, θα ήταν απλώς να ανατραπεί αυτό το φαινόμενο. Έτσι, το 1961, ρώσοι φυσικοί έδειξαν θεωρητικά ότι ορισμένοι συνδυασμοί υλικών με διαφορετικές έλξεις Casimir, μπορούν να δημιουργήσουν σενάρια όπου το συνολικό αποτέλεσμα θα είναι απωστικό. Αποδεικτικά στοιχεία για αυτό το περίεργο ‘κβαντικό άλμα’ ανακοινώθηκε τον Ιανουάριο του 2009 από φυσικούς του Πανεπιστημίου του Harvard, οι οποίοι είχαν τοποθετήσει πλάκες χρυσού και πυριτίου που ανάμεσα τους είχαν βάλει υγρό βρωμοβενζένιο.

Για διαβάστε και τα σχετικά άρθρα

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share