Riesiger Casimir-Effekt in Metamaterialien vorhergesagt

Metamaterialien sind exotische Substanzen, die elektromagnetische Wellen auf eine Weise lenken, die mit gewöhnlichem Material unmöglich ist. Eine ihrer aufregenderen Eigenschaften ist, dass sie Licht auf eine Weise biegen können, die mathematisch der Art und Weise entspricht, wie die Raumzeit Licht beugt.

Diese formale Äquivalenz bedeutet, dass Metamaterialien im Labor das exakte Verhalten von Licht reproduzieren können, nicht nur in unserer Raumzeit, sondern in vielen anderen, die bisher nur vermutet wurden. Auf diese Weise können Physiker Metamaterialien verwenden, um Schwarze Löcher, Urknalle und sogar Multiversen zu simulieren.

Heute verwenden Tian-Ming Zhao und Rong-Xin Miao von der Universität für Wissenschaft und Technologie in Hefei diese Denkweise, um eine verblüffende Vorhersage über den Casimir-Effekt in bestimmten Metamaterialien zu treffen.



Der Casimir-Effekt entsteht, weil unser Vakuum mit einem Strudel von Wellen gefüllt ist, die in kleinsten Skalen ins Dasein und wieder verschwinden. Die bekannteste Folge davon ist die bekannte Casimir-Kraft, die zwei dicht beieinander liegende leitende Platten zusammendrückt.

Die Erklärung ist, dass, wenn der Abstand zwischen den Platten klein genug ist, Wellen ausgeschlossen werden können, die zu groß sind, um in die Lücke zu passen. Da sich zwischen den Platten nichts gegen die Wirkung dieser Wellen befindet, erzeugen sie eine Kraft, die die Platten zusammendrückt.

Diese Casimir-Kraft wirkt im winzigen Maßstab, so klein, dass sie erst 1997 zum ersten Mal gemessen wurde. Aber sie ist nicht unbedeutend. Bei einem Abstand von 10 nm entspricht die Kraft 1 Atmosphäre (obwohl die tatsächliche Kraft von verschiedenen Faktoren wie der genauen Form der Objekte in unmittelbarer Nähe abhängt).

Natürlich hängen die Eigenschaften der Vakuumwellen stark von dem Medium ab, in dem sie existieren. Es ist also nicht schwer vorstellbar, dass unterschiedliche Raumzeiten einen signifikanten Einfluss auf die Größe des Casimir-Effekts haben könnten.

Genau das zeigen Zhao und Miao. Sie sagen, dass der Casimir-Effekt in einer bestimmten Art von elektromagnetischem Raum, dem Rindler-Raum, enorm ist. Die wesentliche Idee dabei ist, dass der Raum so gestaltet werden kann, dass nur bestimmte Wellenlängen funktionieren. Wenn die elektromagnetischen Eigenschaften des Rindler-Raums an die Umgebungstemperatur angepasst werden, können diese Art von thermischen Wellen dazu gebracht werden, die Casimir-Energie zu dominieren.

Das macht die Casimir-Energie riesig. Zhao und Miao berechnen, dass in einem Labor bei 300 K (Raumtemperatur) die Casimir-Energie etwa 10 ^ 11 mal größer wäre als der Freiraumwert. Das ist ein wesentlicher Unterschied, der diese Effekte auf ganz neue Weise einem viel breiteren Publikum zugänglich machen sollte.

Zhao und Miao sagen auch, dass diese Art von Material relativ einfach sein sollte, Schicht für Schicht.

Das bedeutet, dass es nicht mehr lange dauern wird, bis jemand ein solches Material baut und zum ersten Mal den riesigen Casimir-Effekt zeigt. Wir werden zusehen.

Ref: arxiv.org/abs/1110.1919 : Riesiger Casimir-Effekt bei endlicher Temperatur im elektromagnetischen Rindler-Raum

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