Vakum: Apakah mungkin membuat sesuatu dari ketiadaan?
Pertama-tama, sebuah bom: ketika guru sekolah menengah mengatakan tidak ada yang ada dalam ruang hampa, dia menyederhanakan informasi ini untuk alasan pedagogis. Untuk konten kelas, pernyataan ini biasanya lebih dari cukup. Tetapi kenyataannya adalah bahwa, seperti banyak mata pelajaran perguruan tinggi lainnya, yang satu ini juga menyembunyikan rahasia yang dipelajari dalam topik-topik lanjutan dari disiplin ini. Bukti dari ini adalah percobaan yang dilaporkan dalam artikel "Vacuum Packed", sebuah artikel yang diterbitkan di majalah New Scientist 18 Februari 2012.
Meskipun tidak ada masalah dalam ruang hampa, Fisika Quantum memperhitungkan fakta bahwa daerah-daerah ini mengandung jumlah energi minimal, serta medan elektromagnetik dan gravitasi. Karena itu, ruang hampa tidak dapat dianggap benar-benar kosong.
Selain itu, di ruang-ruang ini ada juga keberadaan partikel dan anti-partikel yang sedang dibentuk dan dihancurkan sepanjang waktu. "Makhluk kecil" aneh dari kebun binatang kuantum ini - yang dikenal sebagai partikel virtual (atau anti-partikel) - tidak dapat dideteksi secara individual. Namun, mereka mampu menghasilkan reaksi yang dapat diukur, seperti efek Casimir. Flasher partikel ini dikenal sebagai fluktuasi vakum kuantum.
Memahami Efek Casimir
Pada tahun 1948, fisikawan Belanda Hendrik Casimir mencoba memahami bagaimana koloid ada, yaitu bagaimana menjaga campuran di mana satu jenis zat tersebar di yang lain, seperti gumpalan lemak dalam larutan susu, misalnya. Kekuatan antara molekul dalam medium seperti itu jatuh lebih cepat dengan jarak daripada perhitungan tradisional, berdasarkan kekuatan van der Walls akan memungkinkan.
Untuk sampai pada solusi yang memadai untuk masalah tersebut, Casimir mengikuti saran seorang ahli fisika yang karyanya sangat mendasar bagi penciptaan Fisika Quantum, Niels Bohr: pertimbangkan aksi vakum antara molekul-molekul campuran. Jelas, menghitung fluktuasi energi dalam struktur molekul koloid yang kompleks adalah mustahil. Jadi Casimir mengusulkan model yang lebih sederhana: dua pelat logam yang sejajar sempurna, mengambang dalam ruang hampa.
Karena ruang hampa penuh dengan medan gelombang yang mengandung energi, pemenuhan gelombang-gelombang ini lebih terbatas di antara kedua lempeng, menyebabkan lebih sedikit partikel yang muncul di ruang ini. Akibatnya, kepadatan energi antara kedua pelat lebih rendah daripada di ruang terbuka, ini menciptakan perbedaan tekanan yang mendorong satu pelat terhadap pelat lainnya.
Namun, gaya ini sangat kecil: dua lempeng 10-nanometer terpisah merasakan gaya yang sebanding dengan berat atmosfer di atas kepala kita. Dengan demikian, sangat rumit untuk membuktikan keberadaan kekuatan ini, karena dapat diubah oleh kekuatan yang jauh lebih besar yang bekerja pada campuran yang sama.
Baru pada tahun 1996 Steven Lamoreaux, seorang ahli fisika di Universitas Washington di Amerika Serikat, dapat dengan hati-hati mengisolasi semua efek lain yang mungkin bekerja pada percobaan, dan dengan demikian menemukan kekuatan residu kecil yang bekerja pada suatu pelat logam dan lensa bulat, saling mendorong. Dengan demikian, tampaknya terbukti bahwa tindakan vakum itu nyata.
Dari ini, eksperimen-eksperimen lain yang sangat menarik mulai mengubah konsep kami tentang ketiadaan. Lamoreaux dan timnya juga mengkonfirmasi, misalnya, bahwa fluktuasi vakum kuantum meningkat ketika suhu meningkat. Tetapi tindakan yang lebih menarik akan datang.
Dan biarkan cahayanya dibuat!
Pada November 2011, para ilmuwan di Universitas Teknologi Chalmers di Swedia memutuskan untuk menggunakan ide efek Casimir secara terbalik, seperti yang diusulkan oleh fisikawan Amerika Jenderal Moore pada tahun 1970: jika kita dapat menggerakkan dua cermin dengan cepat, satu sama lain, fluktuasi Kehadiran kuantum di ruang di antara mereka dapat dihancurkan dengan sangat keras sehingga energinya akan dilepaskan dalam bentuk foton. Teori ini dikenal sebagai efek Casimir yang dinamis.
Dalam praktiknya, bahkan cermin yang sangat kecil tidak dapat digerakkan begitu cepat, sehingga fisikawan Chris Wilson dan timnya mengusulkan beberapa perubahan pada gagasan Moore untuk mempraktikkannya: mereka menggunakan berbagai arus listrik dengan cepat untuk mensimulasikan efeknya. cermin yang bisa dipercepat sekitar ¼ kecepatan cahaya. Hasilnya seperti yang diharapkan: produksi pasangan foton yang muncul dari ruang hampa dan dapat diukur sebagai radiasi gelombang mikro.
Tetapi seperti halnya keberadaan efek Casimir, percobaan pada saat itu juga dibantah oleh fisikawan lain, yang tidak percaya percobaan itu sebenarnya disimulasikan ide-ide Moore. Wilson membela diri dengan mengatakan bahwa percobaan itu dilakukan dengan semua tindakan pencegahan dan tes yang diperlukan, termasuk bukti bahwa mereka bahkan mulai dari ruang hampa. Dan dalam sebuah wawancara dengan majalah baru, dia mengambil keuntungan dari situasi dan menyematkan saingannya: "Bagi sebagian orang, efek Casimir yang dinamis akan selalu berada di cermin nyata yang bergerak cepat."
Sama seperti efek Casimir, tetapi tidak seperti itu
Eksperimen aneh lain dilakukan oleh Steven Johnson dan rekan-rekannya di Massachusetts Institute of Technology (MIT). Mereka menghitung bahwa efek Casimir dapat dibalik, yaitu, alih-alih bertindak sebagai semacam lem untuk dua objek skala nano, itu dapat digunakan untuk mengerahkan tekanan balik, yaitu, untuk mendorong satu objek menjauh dari yang lain.
Untuk melakukan ini, fisikawan mengubah bentuk pelat logam, menambahkan struktur yang menyerupai gigi ritsleting. Ini, secara teori, akan membuat kekuatan di antara mereka menjijikkan. Dalam studi yang lebih baru yang dilakukan di Universitas Coimbra, Portugal, peneliti Stanislav Maslovski dan Mário Silveirinha berteori efek serupa dengan menggunakan "nanobods" logam yang menciptakan kekuatan menjijikkan yang mampu melayang nanobars logam.
Dalam praktiknya, efek ini dapat, misalnya, mengarah pada pembuatan roda gigi dan motor skala nano yang mampu beroperasi tanpa gesekan antar bagian. Tetapi mempraktikkan ini akan melibatkan pengembangan alat baru yang dapat menyelaraskan nanoparts ini sehingga kekosongan antara atom-atom mereka tidak akan menyebabkan fluktuasi kuantum bekerja di arah yang berbeda.
Kekosongan dan skeptisisme ilmiah
Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa percobaan yang dilakukan dalam beberapa tahun terakhir telah memberikan kepercayaan lebih pada teori-teori dekade yang lalu, menunjukkan bahwa baik fluktuasi kuantum dan efek Casimir adalah nyata. Meskipun demikian, tidak semua fisikawan membeli ide ini.
Banyak peneliti yang menentang efek Casimir atau fluktuasi vakum kuantum mengklaim bahwa tema-tema ini telah menjadi populer karena matematika di baliknya sangat sederhana. Bagi Julian Schwinger, pemenang Hadiah Nobel Fisika 1965, efek ini muncul karena interaksi kuantum antara muatan materi, bukan kekosongan itu sendiri.
Mungkin juga membuktikan bahwa fenomena ini adalah semacam paradoks: kita hanya bisa membuktikan keberadaan energi vakum dengan menambahkan materi ke dalamnya, dan kita berisiko salah menggambarkan eksperimen. Sementara itu, Chris Wilson, yang tidak menjelaskan apa-apa, berharap bahwa kelompok penelitian lain akan dapat membuktikan data yang ditemukan timnya dan memberikan sedikit lebih banyak dukungan pada kemungkinan bahwa fenomena tertentu mungkin benar-benar nyata.
Betapa pun menjengkelkannya proses pembuktian, skeptisisme laten inilah yang membuat sains begitu dapat diandalkan. Pada akhirnya, ini bahkan bagus, karena dapat menghasilkan eksperimen yang lebih menarik seperti ini untuk dilaporkan di masa depan.
Direkomendasikan
