Natuurkundige effecten: het Casimireffect

Share Button

Als eerste in deze gloednieuwe serie: het Casimireffect. In de wereld om ons heen vinden een aantal opmerkelijke, soms zelfs bizarre verschijnselen plaats. Vaak worden deze genoemd naar de ontdekker of voorspeller. Visionaire uitvinders komen vaak tot unieke vindingen door deze effecten op slimme wijze toe te passen.

Wat houdt het Casimireffect precies in?
Wanneer twee oppervlakken elkaar zeer dicht naderen, op afstanden die te vergelijken zjn met enkele atoombreedtes, gebeurt er iets zeer merkwaardigs. Er ontstaat een merkwaardige aantrekkingskracht tussen de twee oppervlakken, die afneemt met de vierdemacht van de afstand:

F=-\frac{\pi ^2 \hbar c}{240 a^4} A

De constante van Planck (h) die in de teller staat, is extreem klein, waardoor de Casimirkracht alleen bij extreem kleine afstanden (a) meetbaar wordt.  De kracht is evenredig met de oppervlake van de platen, A, en is dus in feite een druk.
Op een afstand van 10 nm, 100 atoombreedtes, oefent de Casimirkracht  in het geval van vlakke platen een druk uit van 1 atmosfeer. Daalt de afstand to 0,1 nanometer, ongeveer de breedte van een atoom, dan stijgt de druk tot 100 miljoen atmosfeer, 30 keer zoveel als de maximale druk die een diamanten vijzel aankan.

Virtuele deeltjes met grote golflengtes kunnen zich niet tussen de platen vormen, waardoor deze ruimte 'leger' is dan vacuüm.

Virtuele deeltjes met grote golflengtes kunnen zich niet tussen de platen vormen, waardoor deze ruimte ‘leger’ is dan vacuüm. Bron: Wikimedia Commons

Hoe werd het Casimireffect ontdekt?
Hendrik Casimir, een Nederlandse natuurkundige, bestudeerde in de veertiger jaren  de gevolgen van het toepassen van de toen nog kersverse kwantumveldtheorie op de ruimte tussen twee elektrisch geleidende platen. Velden, ook kwantumvelden, moeten altijd gehoorzamen aan grensvoorwaarden. De grensvoorwaarde van een elektrisch veld in de buurt van een supergeleidende plaat is bijvoorbeeld dat de veldsterkte direct onder de oppervlakte van de supergeleider nul moet zijn.

Waardoor wordt het Casimireffect veroorzaakt?
Op dit moment is de onder natuurkundigen populairste verklaring dat de lege ruimte gevuld is met paren virtuele deeltjes die voortdurend ontstaan en worden vernietigd. Tussen de platen is geen ruimte voor deeltjes met een golflengte die groter is dan de afstand tussen de platen. Hierdoor is de ruimte tussen de platen ‘leger’ dan de omringende ruimte, waardoor deze een netto druk uitoefent op de platen.

Niet iedereen is het hiermee eens. De Amerikaanse theoretisch natuurkundige Jaffe komt met een alternatieve verklaring. Volgens hem zijn de virtuele deeltjes en de vacuümenergie die ze vertegenwoordigen onnodig. Hij interpreteert de Casimirkracht als een relativistisch effect van de Van der Waalskracht tussen de platen.

Wat kan je er mee?
Op dit moment is het Casimireffect vooral nuttig om rekening te houden bij het ontwerp van structuren op nanoschaal. Extreem sterke krachten op zeer kleine schaal zijn uiteraard erg geliefd bij bedenkers van nulpuntsenergieapparaten en science-fiction aandrijvingen. Hierbij zijn vooral afstotende Casimireffecten interessant. Bij een bijzondere geometrie kunnen deze ook opgewekt worden. In theorie kan je hiermee een aandrijving in elkaar zetten, al is deze alleen op zeer kleine afstanden bruikbaar en moet energie toegevoerd worden.

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

1 reactie

  1. Elrandy schreef:

    Over invinities (oneindigheden) gesproken?
    Waarom kan men in een schone vijver een filmlaagje krijgen van olie, door het laten drijven van een stukje plastic in de vijver? Soort trekt soort aan?
     
    Toepassingen in de laser techniek (punt laser en lijn laser) zullen er vast wel al zijn?

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger