Het Niets is minder leeg dan door Einstein werd gedacht. Een dichte zee virtuele deeltjes, een gevolg van de kwantumonzekerheid vult zelfs de leegste ruimte. En remt, zo leiden onderzoekers af, zelfs stofdeeltjes af. Newton zou zich in zijn graf omdraaien…
Virtuele deeltjes: spookmaterie
We kunnen niet precies weten of een stukje ruimte helemaal leeg is. Niet omdat onze meetinstrumenten niet goed zijn, maar door een fundamentele beperking, de kwantumonzekerheid. Hoe korter het tijdsinterval, hoe minder precies we de energie kunnen weten. Virtuele deeltjes, spookdeeltjes, ontstaan omdat we op grond van deze fundamentele onzekerheidsrelatie van Heisenberg niet kunnen uitsluiten dat ze gedurende een zeer korte tijd niet bestaan. De virtuele deeltjes worden in paren gevormd en vallen in een ontelbaar korte tijd weer uiteen.
Virtuele deeltjesparen bestaan uit een deeltje en een antideeltje, of deeltje dat terug in de tijd reist.
Dat de deeltjes bestaan en niet alleen een theoretisch verzinsel zijn, weten we uit meerdere experimenten. Zo zouden bijvoorbeeld elektronen bij metingen een sterkere lading moeten hebben dan werkelijk wordt gemeten. De afwijking wordt veroorzaakt omdat spook-deeltjesparen van elektronen en anti-elektronen (positronen) zich zo draaien dat de spook-positronen richting het elektron gaan staan en het zo afschermen.
Ook het bizarre Casimir-effect kan door virtuele deeltjes worden verklaard. Twee platen die vlak bij elkaar staan (in de praktijk: enkele atoomdiktes), trekken elkaar aan. Omdat zich in de nauwe ruimte tussen twee platen minder virtuele deeltjes kunnen vormen dan in het “normale” vacuüm, oefent dit leger-dan-lege vacuüm minder druk uit dan normaal vacuüm. Het resultaat: de platen worden op elkaar geperst. Ook is het in 2010 gelukt om deeltjes (elektron-positron paren) uit het niets te scheppen met niets anders dan geconcentreerd laserlicht. De laser leverde de energie die nodig was om de virtuele elektronen en positronen reëel te maken.
De kwantummechanica stelt dat een voorwerp, ook al bevindt het zich in totaal vacuüm, in werkelijkheid voortdurend in contact staat met virtuele deeltjes. Virtuele deeltjes gedragen zich als een gas, dat wil zeggen dat onvoorspelbaar is welke richting ze bewegen. Het gevolg is dat als een voorwerp snel ronddraait, de virtuele deeltjes rond het voorwerp versneld worden in de draairichting. De Spaanse fysici Alejandro Manjavacas en F. Javier GarcÃa de Abajo van het Optisch Instituut in Madrid voorspellen dat virtuele fotonen die een voorwerp tegen de draairichting in raken, meer impuls krijgen dan virtuele fotonen die met het voorwerp mee bewegen. Het gevolg: de fotonen met veel energie worden reëel en het voorwerp verliest draaiingsenergie. De energie moet immers ergens vandaan komen.
Zware deeltjes met een reflecterend oppervlak zoals gouddeeltjes zullen nauwelijks beïnvloed worden door dit effect. Het verhaal wordt anders voor roetdeeltjes waar kosmische stofwolken mee bezaaid zijn. Op kamertemperatuur kost het tien jaar voordat een stofdeeltje van 0,1 micrometer tweederde van zijn draaisnelheid heeft verloren. In de koude interstellaire ruimte (drie kelvin) duurt dit 2,7 miljoen jaar. In hete gebieden van zevenhonderd graden duurt dit slechts drie maanden.
Het is dus mogelijk om zelfs in de absolute leegte te remmen.
