Gigantisch Casimir-effect voorspeld in metamaterialen

Metamaterialen zijn exotische stoffen die zijn ontworpen om elektromagnetische golven te sturen op manieren die met gewone dingen onmogelijk zijn. Een van hun meer opwindende eigenschappen is dat ze licht kunnen buigen op een manier die wiskundig equivalent is aan de manier waarop ruimtetijd licht buigt.

Deze formele equivalentie betekent dat metamaterialen in het laboratorium het exacte gedrag van licht kunnen reproduceren, niet alleen in onze ruimtetijd, maar in vele andere die tot nu toe alleen zijn vermoed. Hierdoor kunnen natuurkundigen metamaterialen gebruiken om zwarte gaten, oerknal en zelfs multiversa te simuleren.

Tegenwoordig gebruiken Tian-Ming Zhao en Rong-Xin Miao van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China in Hefei dit soort denken om een ​​verrassende voorspelling te doen over het Casimir-effect in bepaalde metamaterialen.

Het Casimir-effect ontstaat doordat ons vacuüm is gevuld met een maalstroom van golven die op de kleinste schaal in en uit het bestaan ​​springen. Het bekendste gevolg hiervan is de bekende Casimir-kracht, die twee dicht bij elkaar geplaatste geleidende platen tegen elkaar drukt.

De verklaring is dat wanneer de afstand tussen de platen klein genoeg is, het eventuele golven kan uitsluiten die te groot zijn om in de opening te passen. Omdat er niets tussen de platen is dat het effect van deze golven tegengaat, genereren ze een kracht die de platen tegen elkaar duwt.

Deze Casimir-kracht werkt op een kleine schaal, zo klein dat hij pas in 1997 voor het eerst werd gemeten. Maar niet onbelangrijk. Bij een scheiding van 10 nm is de kracht gelijk aan 1 atmosfeer (hoewel de werkelijke kracht afhankelijk is van verschillende factoren, zoals de precieze vorm van de objecten in de buurt).

Natuurlijk zijn de eigenschappen van de vacuümgolven sterk afhankelijk van het medium waarin ze voorkomen. Het is dus niet moeilijk voor te stellen dat verschillende ruimtetijden een significante invloed kunnen hebben op de grootte van het Casimir-effect.

Dit is precies wat Zhao en Miao laten zien. Ze zeggen dat in een bepaald soort elektromagnetische ruimte, een Rindler-ruimte genaamd, het Casimir-effect enorm is. Het essentiële idee hier is dat de ruimte kan worden ontworpen om alleen bepaalde golflengten te laten werken. Als de elektromagnetische eigenschappen van de Rindler-ruimte worden afgestemd op de omgevingstemperatuur, kunnen dit soort thermische golven de Casimir-energie domineren.

Dat maakt de Casimir-energie enorm. Zhao en Miao berekenen dat in een laboratorium bij 300K (kamertemperatuur), de Casimir-energie zo'n 10^11 keer groter zou zijn dan de waarde van de vrije ruimte. Dat is een significant verschil dat deze effecten op een geheel nieuwe manier toegankelijk zou moeten maken voor een veel breder publiek.

Zhao en Miao zeggen ook dat dit soort materiaal relatief eenvoudig moet zijn om laag voor laag te bouwen.

Dat betekent dat het niet lang zal duren voordat iemand dit soort materiaal bouwt en voor het eerst het gigantische Casimir-effect laat zien. We zullen kijken.

Referentie: arxiv.org/abs/1110.1919 : Enorm Casimir-effect bij eindige temperatuur in elektromagnetische Rindler-ruimte

zich verstoppen