Efekt gigantycznego Casimira przewidziany w metamateriałach

Metamateriały to egzotyczne substancje zaprojektowane do sterowania falami elektromagnetycznymi w sposób, który nie jest możliwy w przypadku zwykłych materiałów. Jedną z ich bardziej ekscytujących właściwości jest to, że mogą zaginać światło w sposób, który jest matematycznie odpowiednikiem sposobu, w jaki czasoprzestrzeń zagina światło.

Ta formalna równoważność oznacza, że ​​metamateriały mogą odtworzyć w laboratorium dokładne zachowanie światła, nie tylko w naszej czasoprzestrzeni, ale w wielu innych, które do tej pory były jedynie przypuszczenia. Dzięki temu fizycy mogą używać metamateriałów do symulacji czarnych dziur, wielkich wybuchów, a nawet wieloświatów.

Dziś Tian-Ming Zhao i Rong-Xin Miao z Uniwersytetu Nauki i Technologii Chin w Hefei wykorzystują ten sposób myślenia, aby dokonać zaskakującej prognozy dotyczącej efektu Casimira wewnątrz niektórych metamateriałów.

Efekt Casimira powstaje, ponieważ nasza próżnia jest wypełniona wirem fal, które pojawiają się i znikają w najmniejszych skalach. Najbardziej znaną tego konsekwencją jest dobrze znana siła Casimira, która spycha razem dwie płytki przewodzące umieszczone blisko siebie.

Wyjaśnienie jest takie, że gdy odległość między płytami jest wystarczająco mała, może to wykluczyć wszelkie fale, które są zbyt duże, aby zmieścić się w szczelinie. Ponieważ między płytami nie ma nic, co mogłoby przeciwdziałać efektowi tych fal, generują one siłę, która popycha płytki do siebie.

Ta siła Casimira działa na niewielką skalę, tak małą, że po raz pierwszy zmierzono ją dopiero w 1997 roku. Ale nie jest bez znaczenia. W odległości 10 nm siła jest równa 1 atmosferze (chociaż rzeczywista siła zależy od różnych czynników, takich jak dokładny kształt obiektów w bliskiej odległości).

Oczywiście właściwości fal próżniowych silnie zależą od ośrodka, w którym występują. Nietrudno więc sobie wyobrazić, że różne czasoprzestrzenie mogą mieć istotny wpływ na wielkość efektu Casimira.

Dokładnie to pokazują Zhao i Miao. Mówią, że w szczególnym rodzaju przestrzeni elektromagnetycznej, zwanej przestrzenią Rindlera, efekt Casimira jest ogromny. Zasadniczą ideą jest tutaj to, że przestrzeń można zaprojektować tak, aby umożliwić działanie tylko określonych długości fal. Jeśli właściwości elektromagnetyczne przestrzeni Rindlera dopasujemy do temperatury otoczenia, to tego rodzaju fale termiczne mogą zdominować energię Casimira.

To sprawia, że ​​energia Casimira jest ogromna. Zhao i Miao obliczyli, że w laboratorium w 300K (temperatura pokojowa) energia Casimira byłaby około 10^11 razy większa niż wartość wolnej przestrzeni. To znacząca różnica, która powinna sprawić, że te efekty będą dostępne w zupełnie nowy sposób dla znacznie szerszej publiczności.

Zhao i Miao twierdzą również, że ten rodzaj materiału powinien być stosunkowo prosty w budowie, warstwa po warstwie.

Oznacza to, że już niedługo ktoś zbuduje taki materiał i po raz pierwszy pokaże gigantyczny efekt Casimira. Będziemy oglądać.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1110.1919 : Ogromny efekt Casimira w skończonej temperaturze w elektromagnetycznej przestrzeni Rindlera

ukryć