Kvanttilevitaatiota!

Tuoreimmassa Naturessa (8.1.2009) oli juttu kvanttilevitaatiosta. Kanteen oli jopa lätkäisty kuva pienestä nanopallosta joka levitoi levyn päällä. Kuulostaa fänsiltä, mutta kvanttilevitoivaa junaa ei tällä ilmiöllä kyllä saada aikaan. Ilmiön sovellukset voivat olla pikemminkin siinä, että joistakin nanorakenteista ja hyvin pienistä sensoreista voidaan tällä tavalla poistaa kitka. Eli Nuukian tutkimusosastolla on uusin Nature varmaan luettu kuitenkin hyvin tarkkaan.

Tuossa Naturen jutussa esitetty kvanttilevitaatio perustuu Casimirin ilmiöön, joka on yksi kvanttimekaniikan perversseimmistä ilmiöistä: tyhjiö ei olekaan tyhjä vaan se voi joskus aiheuttaa voimia. Ilmiöllä ei ole mitään tekemistä sen kanssa, että avaruudessa on kaikenlaista säteilyä ja hituja vipeltää sinne tänne, vaan yksinkertaisesti siitä, että kvanttimekaniikan mukaan tyhjästä voi nyhjästä. Karkeasti selitettynä ilmiön aiheuttaa kvanttimekaniikan kulmakivi (tai sen ymmärtämisen kannalta kompastuskivi), koulukursseilta tuttu Heisenbergin epätarkkuusperiaate. Se sanoo, että koskaan ikimaailmassa ei voi määrittää yhtäaikaisesti jonkun olion täsmällinen paikka ja nopeus. Käytetäänpä nyt tätä epätarkkuusperiaatetta piruuttamme tyhjiöön. Nimittäin maalaisjärki sanoo, että tyhjiö on joku tietty paikka, jossa ei ole mitään. Mutta tämähän on jo epätarkkuusperiaatteen vastaista, sillä silloin tietäisimme yhtä aikaa ja äärettömän tarkasti tyhjiön paikan ja nopeuden (joka olisi siis täsmälleen nolla). Heti jos tälläistä mennään väittämään niin kvanttipoliisi Heisenberg tulee pamputtamaan. Tästä seuraa välttämättä se, että tyhjiö ei ole koskaan ihan tyhjä vaan siellä on kaikenlaista pientä kuhinaa, juuri sen verran ettei epätarkkuusperiaate rikkoutuisi. Totaalisen perseestä, mutta logiikka on kuitenkin täysin aukoton ja ilmiö on kiistattomasti todistettu kokeissa – voi itku!

Hollantilainen Hendrik Casimir ennusti nimittäin jo vuonna 1948, että tästä kaikesta seuraa, että tyhjiössä onkin energiaa (ns. nollapiste-energiaa), ja että se energia voi joskus aiheuttaa voimia ulkomaailmaan. Casimir laski, että tyhjiö kahden metallilevyn välissä aiheuttaisi levyihin pienen voiman (ns. Casimirin voiman), joka on mitattavissa jos levyt ovat hyvin lähellä toisiaan. Tämä voima onnistuttiin mittaamaan vuonna 1973 ja se vastasi hyvin tarkkaan Casimirin ennustusta. Yleensä Casimirin voima pyrkii tuomaan levyjä lähemmäksi toisiaan, mutta tuossa Naturessa julkaistussa tutkimuksessa osoitettiin, että jos tyhjiö korvataan nesteellä samantyyppinen ilmiö aiheuttaa hylkimisvoiman, jolla levyn (tai sen nanopallonkin) voi saada vaikka levitoimaan toisen päällä. Ja levitaatiohan on aina mielenkiintoista. Maglev-junat pienentävät (tai poistavat) sillä tavalla junan kitkan alustaansa nähden (ja joogalentäjät ilmeisesti samalla tavalla saavat mielensä liikkumaan harvinaisen kitkattomasti). Käytännössä nanokvanttilevitaatiolla voitaisiin saada samalla tavalla nanopiireistä poistettua haitallista kitkaa.

Jos tää nyt ei ollut tarpeeksi outoa niin mainitaan vielä, että kyseessä on vasta jäävuoren huippu. Nimittäin jos Casimirin laskun tulkitsee ankarimman mukaan niin tyhjiössä on energiaa äärettömän paljon. Kvanttitaikuri voisi siis helposti vetää hatustaan kymmenen pupua, sata ilmapalloa, muutaman Porschen, pari rahtilaivaa etc. Jotkut menevät jopa niin pitkälle, että sanovat, että tyhjästä voi nyhjästä vaikka maailmankaikkeuden. Lisäksi spekuloidaan, että tyhjiön energia vastaisi jollain tapaa maailmankaikkeuden Pimeätä Energiaa. Mutta jätetään tää juttu johonkin toiseen kertaan…

Advertisements

One response to “Kvanttilevitaatiota!

  1. Arvostan kovasti teikäläisen tapaa kirjoittaa näitä Toisen Maailman juttuja. Näitä viitsii lukea, nääs.

Kommentointi on suljettu.