Casimir-Effekt

Der Casimir-Effekt wurde 1948 vom niederländischen Physiker Hendrik Casimir vorhergesagt und beschreibt eine winzige, aber messbare Kraft zwischen zwei parallelen, ungeladenen Metallplatten im Vakuum. Seine Ursache rührt an einer der seltsamsten Einsichten der Quantenphysik: Das leere Vakuum ist nicht wirklich leer, sondern brodelt von Quantenfluktuationen, in denen ständig virtuelle Teilchen entstehen und wieder vergehen.

Zwischen zwei sehr nah beieinanderstehenden Platten können nur virtuelle Photonen bestimmter Wellenlängen Platz finden, außerhalb dagegen alle. Dadurch herrscht zwischen den Platten ein etwas geringerer Strahlungsdruck als außen, und dieser Unterschied drückt die Platten messbar zusammen. Der Effekt ist sozusagen ein Druck, der aus dem Nichts entsteht und doch real ist.

1997 gelang Steve Lamoreaux am Los Alamos National Laboratory die erste präzise experimentelle Bestätigung, später folgten noch genauere Messungen. Die Kraft liegt nur im Bereich von Mikronewton, doch sie beweist, dass das Vakuum echte physikalische Eigenschaften besitzt. In der Nanotechnik ist der Casimir-Effekt heute sogar ein praktisches Problem, weil er winzige bewegliche Bauteile aneinanderkleben lassen kann.

In der Science-Fiction dient der Casimir-Effekt häufig als Brücke zu exotischen Technologien. Besonders bedeutsam ist er, weil er Bereiche negativer Energiedichte erzeugt, und genau solche negative Energie wäre nach den Berechnungen von Kip Thorne nötig, um ein Wurmloch offen zu halten oder einen Warp-Antrieb nach Alcubierre zu stabilisieren. Carl Sagans Roman Contact und Werke von Stephen Baxter greifen diese Verbindung zwischen winziger Laborkraft und galaktischer Raumfahrt auf.

Neben dem statischen Casimir-Effekt existiert der dynamische Casimir-Effekt, bei dem virtuelle Photonen in echte, messbare Photonen umgewandelt werden. Vorhergesagt wurde er bereits 1970 von Gerald Moore, doch erst 2011 gelang Christopher Wilson und seinem Team an der Technischen Hochschule Chalmers in Schweden der experimentelle Nachweis. Statt eines physisch bewegten Spiegels nutzten sie eine supraleitende Schaltung, deren effektive elektrische Länge sich mit einem nennenswerten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit verändern ließ. Das erzeugte messbare Photonenpaare aus dem Vakuum und bestätigte damit eindrücklich, dass die Fluktuationen des Vakuums real und nutzbar sind.