Krafta frå ingenting

Eg arbeider med ein doktorgrad om casimireffekt ved Institutt for energi og prosessteknikk, NTNU.

Casimirenergi (vakuumenergi) finst overalt i universet og kjem frå elektromagnetiske felt, som oppstår og forsvinn fortare enn dei kan oppdagast. Dei er med andre ord umulege å observere direkte. Men energien i desse elektromagnetiske felta får ting til å klistre seg til kvarandre.

Det var den nederlandske fysikaren Hendrik Casimir som føresåg det vi i dag kallar casimireffekten. Det skjedde i 1948. Fysikarkollegaer syntest det var interessant, men arbeidet vart ikkje anna enn ein teoretisk kuriositet i innpå 50 år.

Først i 1997 greidde ein amerikansk fysikar å måle den mikroskopiske effekten skikkeleg. Interessa var nok først litt laber, for ingen skjønte kva den kunne brukast til – før nanoteknologi vart eit forskingsfelt. I så måte er casimir eit strålande eksempel på grunnforsking, og at nye oppdagingar ikkje nødvendigvis fører til praktisk bruk, iallfall ikkje på kort sikt. Men interessa har vakse, og i dag vert hundrevis av arbeider om denne effekten publisert kvart år.

«Energien er overalt. Ingen har sett han, men vi veit at han er der, og han får utrulege ting til å skje.»

Vakuumenergien er alltid til stades, og når ting kjem svært nær kvarandre, endrast den så det oppstår ei tiltrekningskraft. Det er denne effekten som gjer at gekkoar kan spasere langs veggar og tak. Gekkoens føter har millionar av mikroskopiske hår som kjem heilt inntil overflata. Casimireffekten skaper tiltrekningskraft mellom håra og flata som gekkoen står på. Føtene limer seg fast like lettvint som ein post-it-lapp, og losnar like lett, utan å etterlate seg spor. «Limet» fungerer så godt at ein gekko i taket kunne hatt ein ryggsekk på rundt 40 kilo utan å falle ned.

Tiltrekkingskrafta verkar bare over korte avstandar, mindre enn omtrent ein tusendels millimeter. Innanfor nanoteknologi er den eit problem, fordi den får småbitane til å klistre seg saman. Draumen er å snu krafta, slik at han støytar unna i staden for å tiltrekke. Då vil nanomateriala sveve over kvarandre i staden for å klistre seg saman. Nanoforskarar over heile verda arbeider intenst med å løyse klistreproblemet.

Når ein skal lage mikroskopiske maskiner, ville ei fråstøytande kraft vere nyttig. Til dømes kunne små tannhjul dytte på kvarandre utan å være i kontakt, og svevande komponentar bevege seg nesten utan friksjon. Ettersom nanokomponentane berre er nokre få atomar tjukke, skal det ikkje store kontakten til før dei går sund.

Før vi kan greie å nytte og eventuelt forandre på krafta, må vi skjøne korleis den oppfører seg. Kva skjer når vi skrur temperaturen opp eller ned? Kva har det å seie kva for materiale vi bruker? Kva for ei rolle speler forma på lekamane som vert påverka? Kva skjer om delane er i bevegelse? Det er mange fasettar, så casimireffekt har vorte ein spanande møteplass for forskarar frå mange delar av fysikken.

Eg arbeider blant anna med å forstå korleis krafta endrar seg når temperaturen omkring vert endra. Her er ekspertane usamde, og teori og eksperiment ser ikkje ut til å gå i hop. Ifølgje oss teoretikarar burde krafta avhenge ganske mykje av temperaturen i rommet. Men dei beste eksperimenta vi har, finn inga slik avhengigheit. I ti år har ekspertane klødd seg i hovudet og prøvd å forstå kva det kan kome av. Nokre har meint at dei har funne svaret, andre har vært usamde, og så har det blitt mykje diskusjon.

Den mest lovande forklaringa nå, trur eg, er at vi må ta omsyn til tre forhold samstundes: temperatur, geometrisk form og materialeigenskapar. Det gjer problemet veldig komplisert, men vi er mange som jobbar med saka.

Eg vil fortsette å studere fenomenet casimireffekt – drivkrafta er å forstå meir av naturen.

Synnøve Ressem