Nota aggiuntiva ad Effetto Casimir

NOTA AGGIUNTIVA AL LAVORO
“EFFETTO CASIMIR SPERIMENTALE”
Gruppo “B. Riemann”*
Francesco Di Noto, Michele Nardelli
*Gruppo amatoriale per la ricerca matematica sui numeri primi, sulle loro
congetture e sulle loro connessioni con le teorie di stringa.
Abstract
In this paper we show a recent paper about patent on Casimir effect
in spatial technology.
Riassunto
In questo lavoro riportiamo la notizia di un recente brevetto in campo
spaziale dell’effetto Casimir da parte di una giovane ricercatrice
egiziana, Aisha Mustafa.
Lo stesso brevetto potrebbe essere in seguito utile per proficue e
Diverse applicazioni in altri campi (Rif. 1 e 2).
In Rif. 1 e 2 abbiamo parlato dell’effetto Casimir sia dal punto teorico
sia dal possibile futuro punto di vista sperimentale.
Di recente infatti abbiamo letto una buona notizia circa un brevetto
1
che utilizza l’effetto Casimir per viaggi spaziali, da parte della
ricercatrice egiziana sopra accennata. Ne riportiamo interamente il
testo:
“ News: Diciannovenne egiziana brevetta un avveniristico motore spaziale che genera una
spinta propulsiva dal vuoto
(Categoria: Pianeta Terra)
Inviato da Richard
gio 14 giu 2012, 15:51
di Salvatore Dimaggio
Far muovere una pesante navicella spaziale traendo energia dallo spazio vuoto? Non è un'idea
assurda, anzi è fattibile ed è stata addirittura brevettata. Aisha Mustafa studente di fisica
egiziana di 19 anni è titolare dello strabiliante brevetto. Ma come è possibile? Quando sentiamo
parlare di concetti che sfidano il buon senso e la logica e non li sentiamo provenire da un
ubriaco che caracolla fuori da un bar, ma da un'autorevole rivista scientifica, probabilmente c'è
di mezzo la Meccanica Quantistica. Com'è noto se si scende al di sotto di una determinata scala,
la realtà inizia a comportarsi in modi bizzarri. Una delle peculiarità del mondo quantistico è che
una fetta consistente dei dati che descrivono un sistema sembrano sempre mancare all'appello.
E per “mancare all'appello” non si intende che noi li ignoriamo, ma che proprio mancano dalla
realtà. Su qualunque sistema quantistico regna sempre un velo d'indeterminazione. E ciò vale
persino per il vuoto. Se esiste un sistema del quale si sa sempre tutto per definizione è il vuoto.
Ma nella fisica quantistica, come si è detto, la realtà possiede sempre contorni sfumati e per
garantire questa indeterminazione anche nei sistemi vuoti, abbiamo un ribollire di coppie di
particelle ed antiparticelle che nascono e si annichilano in tempi brevissimi (perciò dette
virtuali), creando una sorta di “rumore di fondo” che rende il vuoto, caotico e parzialmente
indeterminato come qualsiasi altro sistema quantistico.
Ma se il mondo quantistico ha una naturale propensione all'indeterminazione, che ritroviamo
come una vera e propria costante, anche l'uomo ha una propensione naturale: quella ha
ricercare utilizzi pratici per le leggi della natura. Non appena scoperto che il vuoto per la
meccanica quantistica non è così vuoto, ci si è chiesti se fosse possibile sfruttare la baraonda di
particelle virtuali che alberga in esso. Lo scienziato, Christopher Wilson ed i suoi collaboratori
del Chalmers University of Technology , lo scorso anno, sono riusciti a “promuovere” i fotoni
virtuali in fotoni reali e dunque comune radiazione a microonde. Dunque in effetti è possibile
sfruttare le caotiche particelle virtuali che abitano il vuoto. L'esperimento di Wilson si basa
sull'idea espressa dal fisico Moore nel 1970 che la trasformazione in particelle reali poteva
accadere se si fosse riusciti a far rimbalzare i fotoni contro uno specchio che si muove ad una
2
velocità quasi pari alla velocità della luce (effetto Casimir dinamico). Ovviamente far muovere
degli specchi a quella velocità è impossibile, ma con uno stratagemma ingegnoso si è riusciti ad
ottenere un effetto simile. Il medesimo effetto Casimir dinamico è alla base dell'idea della
giovane studentessa egiziana che potrebbe rivoluzionare l'esplorazione spaziale. Questa
tecnologia è del tutto alternativa alla propulsione chimica che è stata sempre utilizzata nei voli
spaziali che che presenta numerosi problemi legati al peso del combustibile, al suo stoccaggio
ed alla sua disponibilità illimitata. Il motore di Mustafa potrebbe risolvere questi inconvenienti
in un sol colpo.
Fonte:
Questa news proviene da ALTRO GIORNALE
( http://www.altrogiornale.org/news.php?extend.7815 ) “
Se questa notizia venisse confermata da altre fonti, sarebbe
ovviamente molto importante in campo energetico, perché
potrebbe avere moltissime applicazioni in diversi campi, e
senza dipendere da energie tradizionali, per esempio elettricità
comunque prodotta (dal carbone, all’eolico), solo energia del
punto zero (se questa fosse la spiegazione giusta, anche se la
più sostenuta dai fisici teorici; altre spiegazioni sembrano
possibili, vedi Rif. 3).
In ogni caso, complimenti alla giovane ricercatrice egiziana
per il suo importante lavoro su una possibile tecnologia del
futuro in campo energetico.
Riferimenti
3
1) “On some equations concerning the Casimir Effect Between
World-Branes in Heterotic MTheory and the Casimir effect in
spaces with nontrivial topology. Mathematical connections
with some sectors of Number Theory”.
Michele Nardelli 1,2 , Francesco Di Noto
2) Effetto Casimir - Seconda Parte
(aspetti sperimentali e tecnologici)
Gruppo B. Riemann
Francesco Di Noto, Michele Nardelli
Abstract
In this paper we show some experimental and technology
aspects about Casimir’s effect
Riassunto
Nella prima parte di questo lavoro (Rif. 1) abbiamo trattato
l’effetto Casimir principalmente dal punto di vista teorico
In questa seconda parte lo tratteremo dal punto di vista
sperimentale (migliori risultati di laboratorio rispetto a quelli
precedenti, , proposte di esperimenti futuri, ecc.) e anche dal punto
di vista tecnologico (nuove possibili applicazioni , ecc.)
3) Effetto Casimir
Dal “Il libro della fisica” di Clifford. A. Piekover (Logos),
pag.402:
4
5
4) dal sito www.arrigoamadori.com/lezioni/Miscellanea/EffettoCasimir.htm - 15k
E-school di Arrigo Amadori
Miscellanea
Effetto Casimir : la fantascienza diventa realtà ...
Il vuoto non è vuoto (vedi IlVuotoNonEVuoto.htm ). Questo fatto, incomprensibile dal punti di
vista della fisica classica, è invece un dato di fatto per la fisica quantistica.
A causa del principio di indeterminazione di Heisenberg non può esistere la "quiete" assoluta
e di conseguenza l'energia nulla. Se in un certo spazio togliamo ogni particella ed ogni campo,
rimane sempre una ineliminabile energia di fondo, la cosiddetta energia (o fluttuazione) del
vuoto ovvero, come si dice in inglese, la ZPE (zero point energy).
Le conseguenze dell'esistenza di questa energia di punto zero sembrano essere di enorme
importanza anche per la vita di tutti noi. Questa energia ancora non è ben conosciuta, ma sembra
che essa giochi un ruolo fondamentale a livello cosmico e non solo.
In che modo l'esistenza di questa energia può essere rilevata in laboratorio ? L'effetto Casimir è il
primo anello di una, speriamo lunga, catena (ancora solo all'inizio) di evidenze sperimentali di tale
energia.
L'idea alla base dell'effetto Casimir non è recente (1948). Il fisico olandese Hendrik Casimir,
studiando le cause della viscosità dei liquidi, ipotizzò per primo che l'energia di punto zero
potesse dare luogo a fenomeni macroscopici. Egli previde che, in una particolare situazione, questa
energia potrebbe produrre una forza misurabile (se pur piccola). In questo consiste l'effetto Casimir
e la sua verifica sperimentale arrivò finalmente nel 1997.
Vediamo ora di descrivere a grandi linee in cosa consiste questo effetto ed i principi fisici in esso
coinvolti.
Prendiamo due lastre metalliche non elettricamente cariche e poniamole ad un certa piccola
distanza.
Fra le due lastre, secondo la fisica classica, dovrebbe esistere la sola forza gravitazionale che, anche
se molto debolmente, tenderebbe ad avvicinarle.
Quello che si verifica, invece, oltre alla forza gravitazionale, è la presenza di un'altra forza,
spiegabile solo con la fisica quantistica, che tende ad attrarre le due lastre. Tutto qui. Questo è
l'effetto Casimir ed appare di una semplicità disarmante.
6
La spiegazione del fenomeno non è però altrettanto semplice. Vediamo di sintetizzarla in pochi
concetti chiave (esposti in modo semplice e non rigoroso).
- 1 - Secondo la fisica quantistica una particella si comporta come un'onda (così come
un'onda si comporta come una particella). Questo fatto è di estrema importanza e
costituisce uno dei fondamenti della fisica quantistica che va sotto il nome di
"dualismo onda-particella". Una particella dotata di quantità di moto (prodotto
della massa per la velocità) p è associata ad un'onda di lunghezza d'onda :
dove
che vale
è appunto la lunghezza d'onda associata alla particella, h è la costante di
Planck
(essendo J = Joule l'unità di misura dell'energia, s = secondo)
e p è la quantità di moto della particella.
La lunghezza d'onda di una particella (si può proprio dire così !!!) dipende quindi dalla
quantità di moto della stessa. Le due grandezze sono inversamente proporzionali. Maggiore è la
quantità di moto e minore è la lunghezza d'onda. Minore è la quantità di moto, maggiore
è
la lunghezza d'onda.
7
-2-
L'energia della fluttuazione del vuoto è ovviamente quantizzata, ovvero è distribuita
nel
vuoto non in maniera continua, ma in quanti, pacchetti discreti. Questi quanti di energia
di punto zero hanno la possibilità di creare coppie di elettroni e positroni (le
antiparticelle
degli elettroni, quindi di carica positiva) che, dopo avere "vissuto" per tempi brevi
(maggiore
energia minor tempo), si annichiliscono a vicenda riformando il quanto di energia che
li aveva
generati.
Questa "creazione" di particelle da quanti di energia è un fenomeno prettamente
quantistico e le particelle che si creano e distruggono a partire dall'energia di punto
zero sono dette particelle virtuali. In un certo modo possiamo "visualizzare" il vuoto
quantistico come un "mare" di quanti di energia da cui scaturiscono incessantemente
coppie di particelle virtuali che, dopo breve vita, si annichiliscono andando a riformare
il quanto che le aveva create.
- 3 - Consideriamo ora le due lastre dell'effetto Casimir e le tre regioni di spazio che esse
delimitano (due esterne ed una interna). Le particelle virtuali continuamente
generate dalla fluttuazione del vuoto urtano le lastre. Se il numero di particelle virtuali che urtano
le lastre (e le loro quantità di moto) fosse lo stesso in tutte e tre le suddette regioni, l'azione di
queste particelle sarebbe ininfluente poiché esse si controbilancerebbero. In realtà, la regione di
spazio interna alle lastre non è fisicamente identica alle altre due. Le particelle virtuali che si
creano fra le lastre possono essere solo tali da avere lunghezze d'onda sottomultiple intere della
distanza fra le lastre.
8
Fra le lastre non sono possibili creazioni di particelle con lunghezze d'onda diverse.
All'esterno, invece, si creano particelle di lunghezza d'onda qualsiasi. Questo fatto
costituisce una evidente differenza fra le tre regioni di spazio. All'esterno si crea un
numero maggiore di particelle virtuali !!! Per questo motivo, in definitiva, si viene a
creare una forza che tenda a fare avvicinare le lastre.
L'entità di questa forza (a conti fatti) è :
dove h è ancora la costante di Planck, c è la velocità della luce, d è la distanza fra le lastre ed
S la loro superficie. Si noti che minore è la distanza fra le lastre, maggiore è la forza dell'effetto
Casimir.
Questa forza è molto piccola a causa del fatto che la costante h è enormemente piccola. Per questo
motivo solo nel 1997 è stato possibile rivelarla.
A questo punto sorgono spontanee due domande. Che importanza ha la fluttuazione quantistica del
vuoto ? Può questa energia essere sfruttata dall'uomo ?
Alla prima domanda già si sta rispondendo da tempo in quanto si suppone che questa energia di
punto zero sia la causa dell'evaporazione dei buchi neri (vedi IBuchiNeriSonoGrigi.htm ).
Recentemente si sta collegando questa energia all'espansione accelerata dell'universo che sembra
sia causata da un tipo di energia sconosciuto, la cosiddetta energia oscura, che sarebbe quindi
correlata con l'energia di punto zero.
Per quanto riguarda lo "sfruttamento" dell'energia di punto zero a nostro vantaggio, si nutrono
grandi speranze, anche se, per il momento, solo fantascientifiche. Sono però iniziati studi
pionieristici per l'utilizzo di questa energia per i viaggi spaziali e già si pensa di potere raggiungere
Marte in dieci giorni !!!
Per non parlare poi della possibilità di soddisfare le enormi esigenze energetiche qui, sul nostro
pianeta ...
Fine.
9
5) di un brevetto simile si parla anche in quest’altro lavoro,
dal sito : www.energeticambiente.it/discussioni-su-teoriepersonaggi-e-tecniche/14716088-estrazione-della-zpesfruttando-leffetto-casimir.html - 157k
10
FINE
11