בעולם הקוונטי, הואקום אינו באמת ריק. הואקום מלא בתנודות של גלים אלקטרומגנטיים שלמעשה לעולם אינם יכולים להיעלם. גלים אלו באים בכל האפשריות של אורכי גל, וקיומם מצביע על כך שהמרחב הריק מכיל כמות מסויימת של אנרגיה. נתאר לעצמנו 2 לוחות (פלטות) המונחות אחת מול השנייה בריק. חלק מהגלים יתאים ביניהם, ויפגעו כל פעם בפלטות, בעוד גלים אחרים לא יעשו זאת. אם 2 הפלטות ינועו קרוב אחת לשניה, הגלים הארוכים יותר לא יתאימו לקונפיגורצית המערכת. מכאן, האנרגיה שבואקום שבין הפלטות תהיה קצת פחות מהכמות שבמקומות אחרים בואקום (שלא בין הפלטות). על כן, הפלטות ימשכו אחת את השנייה, בדיוק כמו ששני אובייקטים מוחזקים יחדיו בעזרת קפיץ מתוח ינועו ביחד כשהאנרגיה האגורה בקפיץ פוחתת.
אפקט זה, שבו 2 פלטות (מראות) בואקום מושכות אחת את השנייה נקרא כאמור אפקט קזימיר (אפקט זה נובא לראשונה ב 1948).
למעשה, הפלקטואציות הקוונטיות הם שינויים קטנטנים ששומרים על ממוצע אחיד אך יחד עם זאת פלאקטואציות אלו יוצרות אי אחידות במרחב ובזמן של האנרגיה. כפי שציינו לעיל, כשאנו מחשבים את אנרגיית הואקום בין הפלטות אנו מתחשבים רק בפוטונים, ובכלל זה פוטונים וירטואליים, שאורכי הגל שלהם הוא כך שהמרחק בין הפלטות שווה לאורך הגל כפול מספר שלם ולא שבר כלשהו. מכן, מספר הפוטונים שיכולים להיות בין 2 הפלטות הינו גדול יותר ככל שהמרחק בין הפלטות גדול יותר. זאת משום שאז יותר אורכי גל אפשריים. כתוצאה מכך, צפיפות האנרגיה עולה גם כן.
אחד הדברים המעניינים בכל מה שקשור לאנרגיית הואקום (עם או בלי מראות) זה, שעל פי חישובים בתורת השדות, אנרגיה זו הינה אינסופית!
ממצא זה, יכול להתפרש על ידנו כאילו שהואקום במרחב יכול להיות מקור עצום של אנרגיה, מה שנקרא 'אנרגיית נקודת האפס'. אבל ממצא זה מעלה בעיה פיסיקלית. אין דבר שיכול למנוע גלים קצרים כלשהם מלהתאים בין 2 מראות, ויש מספר אינסופי של גלים שכאלו.
הפתרון המתמטי הינו לעשות חישובים עבור מספר סופי של גלים עבור 2 הפרדות שונות של המראות, למצוא את ההפרש באנרגיות הואקום ואז לטעון שההפרש ישאר סופי כאשר מספר הגלים שואף לאינסוף.
בעוד טריק זה כשלעצמו עובד ונותן תשובות בהתאמה עם הניסוי, הבעיה של אנרגיית ואקום אינסופית היא רצינית ביותר. על פי תורת היחסות הכללית, אנרגיה זו צריכה ליצור עקמומיות כבידתית אינסופית במרחב-זמן, דבר שאיננו ניתן לתצפית. הפתרון לבעיתיות זו אכן קיים ונשאר מסתורי.
אפקט קזימיר: המשיכה בין שתי פלטות מוליכות אך שאינן טעונות במטען חשמלי. תופעה זו מתרחשת עקב תנודות קוונטיות של הריק הנמצא בין הפלטות.
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
