Questo articolo è inserito nella sezione d'archivio Meccanica Quantistica

Tempo fa avevamo accennato a questo effetto e ora, finalmente, ne diamo una spiegazione estremamente semplificata, ma sufficiente a capirne il valore fondamentale. Un effetto che ci dimostra come il vuoto non possa esistere!

La domanda che vi faccio è veramente "brutale": "Nell'Universo esiste il vuoto?". La risposta è NO. Ma perché NO? Beh, innanzitutto perché tutto l'Universo è letteralmente pervaso dalla radiazione cosmica di fondo, ciò che ancora resta del Big Bang. Saranno anche solo fotoni, ma sicuramente fanno sì che l'Universo non possa essere considerato vuoto. Tuttavia, anche ammettendo di isolarci completamente da questa radiazione, il vuoto continua a non poter esistere. Ce lo dice il principio di Heisenberg. Ricordiamo la formula relativa all'energia e al tempo:

ΔE Δt ≥ h/2π

Se fossimo proprio nel vuoto potremmo determinare un certo istante con una precisione enorme, ma, contemporaneamente, conosceremmo anche il valore preciso dell'energia, ossia ZERO. E questo non è possibile, perciò in qualsiasi istante deve anche esservi dell'energia. Per potere superare questa assurdità possiamo pensare che nel vuoto nascano continuamente coppie di elettroni e positroni. Esse hanno una certa energia... e possiamo anche calcolare per quanto tempo questa energia possa esistere. Un tempo piccolissimo ma non nullo. Dopo di che le due particelle si annichiliscono e producono fotoni. Solo così riusciamo a far rimanere valido il principio di Heisenberg. Ne segue che il vero vuoto non può assolutamente esistere: lo spazio è un continuo nascere e morire di particelle che sopravvivono giusto il tempo permesso da Heisenberg. Se la durata diventasse nulla, dovrebbe esistere, comunque, una certa energia. Questo turbinio di particelle (chiamate particelle virtuali) danno luogo a ciò che si chiama fluttuazione quantistica. Che poi, proprio da una fluttuazione anomala sia nato l'intero Universo è un altro discorso ancora tutto da definire correttamente.

Un'ipotesi che definire "assurda" sarebbe poco, dato che comporterebbe il fatto che qualcosa sia capace di nascere dal nulla. Sarebbe il minimo provarla sperimentalmente prima di crederci. Sì, sì, ma non è certo un'impresa facile. Eppure l'olandese Heindrik Casimir Gha architettato un esperimento adeguato nel 1948.  Vediamo come ha agito il suo genio...

Lui considera due lastre di metallo molto leggere e sottili, che stiano molto vicine tra loro. Sia all'esterno che all'interno delle due lastre devono continuamente nascere fotoni. Tuttavia, quelli che nascono tra le due lastre, durante la loro brevissima vita, continuano a sbattere  da una piastra o dall'altra e vengono riflessi. Succede, però, che sopravvivono, anche per il piccolissimo tempo di esistenza, solo quelli che compiono nel percorso tra le due lastre un numero intero di lunghezze d'onda. Solo così, infatti, non causano interferenza tra di loro. Esternamente alle lastre, invece, i fotoni possono avere qualsiasi lunghezza d'onda e quindi la loro pressione di radiazione sulle lastre è maggiore di quella che si esercita all'interno: le due piastre si devono avvicinare.

Un esperimento mentale che sembrava impossibile da realizzare, ma nel 1996 Steve Lamoreaux riesce ad eseguirlo confermando in pieno quanto proposto da Casimir.

Il tutto si basa sul fatto che anche i fotoni posseggono quantità di moto. Ne segue che è stato possibile riprodurre in modo visibile l'esperimento utilizzando acqua invece che vuoto e imprimendo un moto ondoso. All'interno delle lastre le onde possono essere solo di un certo tipo e, quindi, le onde esterne le fanno avvicinare. Un esempio da prendere con le molle, ma molto utile per evidenziare il concetto di fondo

Ricordiamo, infine, che questo effetto è alla base dell'ipotesi di Hawking sull'evaporazione dei buchi neri. Ma ne parleremo un'altra volta...