Schlüsselwörter: Casimir-Effekt, Quantenmechanik, Physik, nicht konservierende Energie, Platte, Vakuumenergie, Nullpunktsenergie.

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Der Casimir-Effekt äußert sich in Form einer sehr schwachen Anziehungskraft zwischen zwei parallelen Metallplatten, die in einem Resonanzhohlraum (hermetisch abgeschlossener Metallkasten) ohne elektromagnetisches Feld eingetaucht sind.

Nach der klassischen Theorie des Elektromagnetismus und der klassischen Mechanik sollten die beiden Platten unbeweglich bleiben, da in der Kavität ein absolutes Feld leer ist. Um sich bewegen zu können, benötigen die Metallplatten Energie, die sie nirgendwo zeichnen können.

Der Casimir-Effekt ist ein reines Ergebnis der Quantenfeldtheorie. Es wurde vorgestellt und berechnet von der niederländische Physiker Hendrick Casimir in 1948.

gemäß Quantenfeldtheoriehat das elektromagnetische Feld (und dies gilt auch für alle Quantenfelder) unterschiedliche Energiezustände. Der niedrigste Energiezustand - der Grundzustand - entspricht dem Fehlen von Energiequanten (Photonen im Fall des elektromagnetischen Feldes) oder mit anderen Worten Vakuum. Der erste "angeregte" Zustand ist der Zustand mit einem Energiequantum oder einem Photon. Der zweite angeregte Zustand ist der Zwei-Photonen-Zustand und so weiter.

Die Darstellung der Quantenfeldtheorie des Vakuums ist jedoch zumindest paradox. Diese Lücke ist in der Tat voller Energie, die nicht in Form von Partikeln "materialisiert" wird. Diese Energie kann sich jedoch über kurze Zeiträume in Partikeln oder Quanten materialisieren, deren Lebensdauer sehr kurz ist. Sie werden virtuelle Partikel genannt. Obwohl als virtuell bezeichnet, werden die Auswirkungen dieser Quanten (in unserem Fall Photonen) sind echt.

In der Kavität "tauchen" virtuelle Quanten (virtuelle Photonen) spontan aus dem Hohlraum auf. Das Wellenlängenspektrum dieser Photonen ist kontinuierlich, aber da der Hohlraum geschlossen ist, sind die meisten Frequenzen destruktiv und schließlich nur einige bestimmte Frequenzen (genannt Resonanzmoden) verbleibt in der Kavität. Dies ist das klassische Resonanzphänomen in a Resonanzraum. Die Resonanzmoden sind dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der Mode ein ganzes Teil der Entfernung ist, die die Flächen des Hohlraums trennt. Die Anzahl der zulässigen Modi ist daher proportional zu der Entfernung, die die Flächen des Hohlraums voneinander trennt.

In der Konfiguration, die uns interessiert, werden Resonanzen zwischen den Flächen des Hohlraums und den Platten und zwischen den Platten selbst hergestellt. Wenn der Abstand zwischen den Platten geringer ist als ihr Abstand von den Flächen des Hohlraums, gibt es mehr Resonanzmoden zwischen den Flächen des Hohlraums und den Platten als zwischen den Platten selbst. Der Strahlungsdruck, der auf die "inneren" Flächen der Platten ausgeübt wird, ist daher geringer als derjenige, der auf ihre "äußeren" Flächen angewendet wird. Dies führt zu einer sehr schwachen Kraft, die die Platten näher zueinander bringt.

Obwohl seit 1948 vorhergesagt, wurde dieser Effekt erst 1997 erstmals experimentell beobachtet.

Um genau zu sein, müssten die Quanten aller vorhandenen Quantenfelder einbezogen werden. Diese Felder benötigen jedoch viel Energie, um sich aus dem Hohlraum zu materialisieren, was sich im Vergleich zum elektromagnetischen Feld in einer geringen Wahrscheinlichkeit der Materialisierung der zugehörigen Quanten niederschlägt. Ihr Beitrag zum Casimir-Effekt ist daher weitestgehend vernachlässigbar.

Der Casimir-Effekt zeigt dasmit Vakuum ist es möglich, Bewegung zu erzeugen. Darin besteht es ein schwerwiegender Verstoß gegen das klassische Prinzip der Energieeinsparung und kann messen, wie verwirrend die Quantenphysik sein kann!