אפקט קזימיר הוא תופעה פיזיקלית שניבא הנדריק קזימיר ב-1948. היא מתארת משיכה בין שני משטחים מוליכים (חומר שמוליך חשמל) גם כאשר הם לא טעונים. התופעה נובעת מתנודות קוונטיות (שינויים אנרגטיים קטנים שמתקיימים בריק) של שדה האלקטרומגנטי.
בתאוריות של שדות קוונטים יש תמיד תנודות קוונטיות. באלקטרודינמיקה קוונטית (התיאוריה שמתארת שדה האור בקנה מידה קוונטי) מחשבים את האנרגיה של ה"ריק" בין שני משטחים. בשל מגבלות גבול על המשטחים, רק אורכי גל מסוימים של הפוטונים (חלקיקי האור, גם וירטואליים, חלקיקים שלא נשארים זמן רב) מותרים בתווך.
אם המרחק בין המשטחים קטן, מספר האורכים הגליים האפשריים בתווך קטן, ולכן צפיפות האנרגיה שם נמוכה יותר מאשר מחוץ לזוג המשטחים. ההבדל בלחץ האנרגיה מבחוץ ומבפנים יוצר כוח שמושך את המשטחים אחד אל השני.
בשיטה פשוטה של אנליזה ממדית עבור לוחות מקבילים עם שטח גדול ומרחק קטן אפשר להתעלם מהשפעות קצה. בהנחה שהמשטחים מוליכים מושלמים (אינם מאפשרים שדה חשמלי במצדם), וכיוון שמדובר בתופעה קוונטית ויחסותית, תלות הכוח תהיה בפלאנק המוקטן ħ, במהירות האור c ובמרחק L בין המשטחים.
מסקנה חשובה היא שכוח ליחידת שטח (לחץ) תלוי בצורה חזקה בריבוע המרחק. למעשה, תלות זו מובילה לכך שהלחץ מקזימיר מתנהג כמו קבוע כפול ħ·c חלקי L בחזקת ארבע. הסימן השלילי של הקבוע מצביע על כך שמדובר בכוח משיכה.
קזימיר חישב את המקרה המדויק בשנת 1948, תחת ההנחה של טמפרטורת האפס המוחלט (T=0). החישוב מראה שקבוע הכוח שלילי, כלומר הכוח מושך.
בפועל ניסויים נעשים בטמפרטורות סופיות ולא ב-T=0. לכן יש לתקן את החישוב כדי לכלול את הקרינה התרמית. משתמשים בפרמטר של הטמפרטורה ההפוכה β=1/(k_B T), כש-k_B הוא קבוע בולצמן.
הניתוח הממדית מראה שקיימים איברים נוספים כתלות ב-L ו-T. עבור טמפרטורת חדר (T≈300 K) ומרווחים ניסיוניים קטנים של בערך L≈0.5 μm, הפרמטר הרלוונטי גדול מאוד (≈48), והתיקון התרמי הדועך אקספוננציאלית זניח. לכן, בניסויים כאלה ניתן להתייחס למערכת כאל אם הייתה בטמפרטורת אפס.
אפקט קזימיר הוצע תיאורטית ב-1948. בשנים שאחר כך הוא אושר בניסויים שונים, בדרך-כלל באמצעות מראות או לוחות מתכת קרובים.
אפקט קזימיר הוא כוח שמושך שני לוחות מתכת קרובים. זה ניבא פיזיקאי בשם קזימיר ב-1948.
גם בריק יש שינויים קטנים באנרגיה. אלה נקראים תנודות קוונטיות (שינויים קטנים באנרגיה בריק). בין לוחות קרובים, רק גלי אור מסוימים יכולים להיכנס. לכן יש פחות "גלים" בין הלוחות מאשר מחוץ להם.
תוצאה: הלחץ מבחוץ גדול יותר והלוחות נמשכים זה אל זה.
אם הלוחות גדולים והמרחק ביניהם קטן, אפשר להתעלם מהקצוות. הכוח תלוי בפלאנק ħ (קבוע קטן שקשור לקוונטים), במהירות האור c ובמרחק L בין הלוחות.
הכוח קטן מאוד כש-L גדול, והוא גדל מאוד כש-L קטן. סימן שלילי בכוח אומר "משיכה".
תאוריה מניחה טמפרטורת אפס. בעולם האמיתי יש חום, וזה יכול לשנות קצת את התוצאה.
אבל בטמפרטורת חדר ובמרחקים מאוד קטנים (כמו חצי מיקרון), ההשפעה של החום קטנה מאוד. לכן ניסויים בדרך כלל רואים את אפקט קזימיר כמו בתיאוריה.
קזימיר חישב את זה ב-1948. אחרי כן ניסויים רבים אישרו את התופעה.
תגובות גולשים