Πως οι περιοχές κενού χώρου ασκούν δυνάμεις η μια στην άλλη

Από το δελτίο PHYSICS NEWS UPDATE αρθ. 556 της ΑΙΡ, 27 Σεπτεμβρίου 2001

Μια Αμερικανο - Γερμανική ομάδα φυσικών πρότεινε ότι οι περιοχές κενού χώρου μπορούν ν' ασκήσουν δυνάμεις η μια στην άλλη μέσω της δράσης της ύλης που υπάρχει μεταξύ τους.
Η ομάδα αποτελείται από τους Aurel Bulgac του τμήματος φυσικής του πανεπιστημίου της Washington στο Seattle, και Andreas Wirzba του Ινστιτούτου για την θεωρητική Πυρηνική Φυσική στο Julich της Γερμανίας.

Αν η πρότασή τους διαπιστωθεί πειραματικά, το φαινόμενο που προτείνουν, θ' αποτελούσε ένα νέο είδος δύναμης, συγγενούς με την παραδοσιακή δύναμη Casimir, δηλαδή την δύναμη που ασκείται μεταξύ αφόρτιστων μεταλλικών πλακών οι οποίες βρίσκονται στο κενό.

Οι Bulgac και Wirzba γράφουν: "Το 1948 ο Casimir πρόβλεψε την ύπαρξη ενός πολύ ιδιόμορφου φαινομένου, την έλξη μεταξύ δύο παράλληλων μεταλλικών πλακών στο κενό. Η ύπαρξη μιας τέτοιας έλξης έχει διαπιστωθεί πειραματικά με μεγάλη ακρίβεια, μόνο πρόσφατα." Εννοείται ότι η έλξη αυτή δεν έχει την παραμικρή σχέση με βαρυτική έλξη μεταξύ των πλακών, ή με ηλεκτρικά φορτία επί των πλακών.

Το φαινόμενο Casimir συμβαίνει εξαιτίας των "δυνάμει" ηλεκτρομαγνητικών πεδίων που υπάρχουν μεταξύ των πλακών στο κενό. Αυτά τα πεδία ασκούν δυνάμεις στις πλάκες.

Στο διάκενο μεταξύ των πλακών εν τούτοις, μερικά ηλεκτρομαγνητικά κύματα δεν μπορούν να υπάρξουν. Συγκεκριμένα δεν μπορούν να υπάρξουν εκείνα των οποίων τα μήκη κύματος είναι μεγαλύτερα από την απόσταση των πλακών. Αυτή η ανισορροπία των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων είναι που έχει ως τελικό αποτέλεσμα την έλξη μεταξύ των πλακών.

Στην νεοπροτεινόμενη δύναμη, δύο ή περισσότερες κοιλότητες (άδειες περιοχές του χώρου ) μεταβάλλουν τα κύματα τα οποία σχετίζονται με την ύλη που περιβάλλει τις κοιλότητες και έχουν τη μορφή μη αλληλεπιδρώντων φερμιονίων, όπως πχ ένα νέφος ηλεκτρονίων.

Για παράδειγμα, ας θεωρήσουμε δύο κοίλες σφαίρες οι οποίες χωρίζονται από μια θάλασσα ηλεκτρονίων τα οποία σύμφωνα με την κβαντομηχανική μπορούν να θεωρηθούν ως κύματα. Αν τα μήκη κύματος των ηλεκτρονίων είναι συγκρίσιμα με τις διαστάσεις των σφαιρών, τότε θα προκύψουν δυνάμεις μεταξύ των κοίλων σφαιρών.

Οι σφαίρες, ακόμη και αν βρίσκονται σε απόσταση, μπορούν ν' αλληλεπιδρούν εξαιτίας της ανάκλασης των ηλεκτρονίων πάνω στις επιφάνειές τους. Το αν οι σφαίρες έλκονται ή απωθούνται εξαρτάται από τη συνολικό φαινόμενο της δράσης των υλοκυμάτων στο χώρο μεταξύ των σφαιρών.

Η πρόκληση για την πειραματική επίδειξη του φαινομένου μοιάζει σημαντική. Μια προσέγγιση θα ήταν να βυθίσουμε μόρια από C60, τα γνωστά (buckyballs) σε υγρό υδράργυρο. Τα σφαιρικού σχήματος αυτά μόρια που παίζουν το ρόλο των κοίλων σφαιρών, θα εμφανίζονταν τότε να προσκολλώνται το ένα στο άλλο μέσω της δράσης των ηλεκτρονίων αγωγιμότητας που υπάρχουν στον υγρό υδράργυρο.

Αυτό το καινούργιο φαινόμενο θα μπορούσε να δρα σε ακόμη μεγαλύτερες αποστάσεις από τις ασθενείς ελκτικές δυνάμεις van der Waals που δρουν μεταξύ μορίων.