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3 giugno 2008

L'effetto Casimir

Prendete due lastre metalliche, mettetele nel vuoto, e avvicinatele fra loro. Dopo averle avvicinate parecchio, provate ad allontanarle. Cosa pensate che succeda? Niente di speciale? Sbagliato. Le lastre si attrarranno, opponendo resistenza ai vostri tentativi di allontanarle.  Notate che le due lastre non hanno carica elettrica, quindi l'attrazione elettrostatica non c'entra un bel niente. Che cosa sta succedendo?

State assistendo a una manifestazione del cosiddetto effetto Casimir, un fenomeno teorizzato nel 1948 da Hendrik Casimir and Dirk Polder e osservato in laboratorio per la prima volta quasi cinquant'anni dopo, nel 1997, da Steve Lamoreaux. Due le cose intriganti di questo effetto. La prima è che esso ha una natura squisitamente quantistica, non ha cioè niente a che fare con le forze di tipo classico, come, appunto, quella elettrica. Nella configurazione che abbiamo descritto non c'è infatti nessun campo classico che possa spiegare l'attrazione tra le due lastre. La seconda è che l'effetto Casimir è una manifestazione di quell'energia del vuoto la cui comprensione è uno dei grandi problemi aperti della fisica teorica e della cosmologia. 

Lo spazio vuoto, secondo le teorie di campo quantistiche, non è davvero vuoto, ma pullula di particelle e antiparticelle "virtuali" che si creano spontaneamente e scompaiono dopo un tempo brevissimo. L'ipotesi di Casimir, detta in termini un po' grossolani, è che la regione tra le due lastre sia in grado di ospitare meno particelle virtuali di quante ve ne siano nel resto dello spazio. Lo spazio vuoto all'esterno delle lastre è, in un certo senso, meno "vuoto", di quello all'interno, e ha quindi una densità di energia maggiore. Ciò provoca un'attrazione fra le lastre anche in assenza di un campo di forza classico.

Va detto che l'effetto Casimir si mostra a livelli misurabili solo quando la distanza tra le lastre è inferiore al micron, e osservarlo in laboratorio ha richiesto apparati piuttosto sofisticati. La cosa ha quindi scarse conseguenze pratiche, se non, forse, nelle nanotecnologie. Ma per ora è l'unica prova sperimentale del fatto che il vuoto quantistico ha proprietà "esotiche", cioè si comporta in maniera diversa dalla materia ordinaria. Questo, insieme al fatto che Morris, Thorne e Yurtsever, nel loro studio sui wormhole stabili e le macchine del tempo, ipotizzarono l'uso dell'effetto Casimir per produrre una regione con la necessaria densità di energia negativa (si badi, una regione spessa un miliardesimo di millimetro tra due sfere metalliche concentriche di raggio pari alla distanza Terra-Sole — una cosa di realizzazione quantomeno improbabile) ha fatto sì che esso si sia guadagnato una certa reputazione tra gli autori di fantascienza (e un ruolo in quella che qui si ritiene una delle migliori serie TV di sempre).
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