211service.com
Kæmpe Casimir-effekt forudsagt inde i metamaterialer
Metamaterialer er eksotiske stoffer designet til at styre elektromagnetiske bølger på måder, der er umulige med almindelige ting. En af deres mere spændende egenskaber er, at de kan bøje lys på en måde, der matematisk svarer til den måde, rumtiden bøjer lys på.
Denne formelle ækvivalens betyder, at metamaterialer i laboratoriet kan gengive lysets nøjagtige opførsel, ikke kun i vores rumtid, men i mange andre, som kun er blevet formodet indtil nu. Dette gør det muligt for fysikere at bruge metamaterialer til at simulere sorte huller, big bangs og endda multivers.
I dag bruger Tian-Ming Zhao og Rong-Xin Miao ved University of Science and Technology of China i Hefei denne form for tænkning til at komme med en overraskende forudsigelse om Casimir-effekten inde i visse metamaterialer.
Casimir-effekten opstår, fordi vores vakuum er fyldt med en malstrøm af bølger, der springer ind og ud af tilværelsen i de mindste skalaer. Den bedst kendte konsekvens af dette er den velkendte Casimir-kraft, som skubber to ledende plader sammen, der er placeret tæt på hinanden.
Forklaringen er, at når afstanden mellem pladerne er lille nok, kan det udelukke eventuelle bølger, der er for store til at passe ind i mellemrummet. Da der ikke er noget mellem pladerne, der modarbejder virkningen af disse bølger, genererer de en kraft, der skubber pladerne sammen.
Denne Casimir-styrke opererer i en lille skala, så lille, at den først blev målt for første gang i 1997. Men den er ikke ubetydelig. Ved en adskillelse på 10nm svarer kraften til 1 atmosfære (selvom den faktiske kraft afhænger af forskellige faktorer såsom den præcise form af objekterne i nærheden).
Vakuumbølgernes egenskaber afhænger naturligvis stærkt af det medium, de eksisterer i. Så det er ikke svært at forestille sig, at forskellige rumtider kan have en væsentlig indflydelse på størrelsen af Casimir-effekten.
Det er præcis, hvad Zhao og Miao viser. De siger, at i et bestemt slags elektromagnetisk rum kaldet et Rindler-rum, er Casimir-effekten enorm. Den væsentlige idé her er, at rummet kan designes til kun at tillade visse bølgelængder at fungere. Hvis de elektromagnetiske egenskaber i Rindler-rummet er afstemt med den omgivende temperatur, så kan disse slags termiske bølger fåes til at dominere Casimir-energien.
Det gør Casimir-energien enorm. Zhao og Miao beregner, at i et laboratorium ved 300K (stuetemperatur), ville Casimir-energien være omkring 10^11 gange større end værdien af det frie rum. Det er en væsentlig forskel, der burde gøre disse effekter tilgængelige på en helt ny måde for et meget bredere publikum.
Zhao og Miao siger også, at denne slags materiale burde være relativt ligetil at bygge, lag for lag.
Hvad det betyder er, at det ikke vil vare længe, før nogen bygger denne slags materiale og viser den gigantiske Casimir-effekt frem for første gang. Vi vil se.
Ref: arxiv.org/abs/1110.1919 : Kæmpe Casimir-effekt ved endelig temperatur i elektromagnetisk Rindler-rum