NeoFronteras

Efecto Casimir inverso produciría levitación

Área: Física — jueves, 9 de agosto de 2007

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Microfoto de una dispositivo para medir el efecto Casimir. Foto: Umar Mohideen, Universidad de California en Riverside.

Según un estudio teórico el efecto Casimir se puede tornar repulsivo en lugar de atractivo si se inserta un metamaterial con índice de refracción negativo entre las dos placas.
Este resultado, aceptado en New Journal of Physics, ha sido calculado por Ulf Leonhardt y Thomas Philbin de University of St Andrews y según sus resultados este efecto podría ser lo suficientemente intenso como para hacer levitar un pequeño espejo y permitir reducir la fricción en dispositivos nanomecánicos.
El efecto Casimir es increíblemente misterioso. Propuesto por primera vez por Henrik Casimir en 1948 no fue medido experimentalmente con precisión hasta 1997. Según este efecto si se colocan dos placas metálicas muy cerca entre sí, se estable una presión de radiación que fuerza a las placas a juntarse.
Esta presión de radiación viene dada por las fluctuaciones cuánticas electromagnéticas del vacío. Según la mecánica cuántica el vacío, una vez despojado de toda materia y radicación ordinaria, está lleno de fluctuaciones o partículas virtuales (muchas de ellas electromagnéticas, es decir fotones). Cuando se dispone de dos placas metálicas muy juntas entre sí se establece una cavidad en la que las fluctuaciones del interior, al sentirse constreñidas, producen menor presión de radiación que las fluctuaciones del exterior. El resultado es que aparece una fuerza neta que junta las placas.
La fuerza de Casimir es muy débil y sólo es lo suficientemente intensa cuando la distancia entre superficies es del orden de la micra o menor. Sin embargo, es precisamente a esas distancias a las que están estructurados los dispositivos nanomecánicos y la fuerza de Casimir es la responsable de la aparición de fricción en estos dispositivos.
Leonhardt y Philbin han calculado que si se interpone un metamaterial entre las placas metálicas la fuerza cambia de sentido y se torna repulsiva. Los metamateriales de índice negativo (producen la refracción en sentido contrario al habitual) no existen en la naturaleza, y de hecho no se pueden crear a partir de cristal o vidrio. Son sistemas activos estructurados a la escala de la longitud de onda en la que trabajan que fuerzan a las ondas electromagnéticas a actuar en sentido contrario al natural.
El metamaterial sería capaz de modificar las oscilaciones del vacío en la cavidad establecida por las placas del efecto Casimir. La fuerza sería lo suficientemente intensa como para hacer levitar un espejo de aluminio de 500nm de grosor, que flotaría sobre una lente de metamaterial dispuesta sobre una placa metálica.

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La fuerza de Casimir por unidad de área es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la distancia entre placas.

Si se pudiera controlar el efecto Casimir en dispositivos nanomecánicos se podría controlar la fricción de estos sistemas. Un dispositivo de este tipo es, por ejemplo, el que hace saltar los airbags de un automóvil en caso de colisión.
Los metamateriales no son fáciles de confeccionar, aunque ya se han fabricado algunos prototipos de lentes de índice negativo en la gama de las microondas habrá que espera algunos años hasta que se pueda demostrar experimentalmente el efecto Casimir inverso usando estos materiales.
Por otro lado Umar Mohideen y sus colaboradores de University of California en Riverside ha conseguido manipular la fuerza de Casimir mediante el aumento de la reflectividad de una de las placas, de tal modo que refleja partículas virtuales del vacío más eficientemente. Modificar la intensidad de esta fuerza sería el primer paso a invertirla.
Federico Capasso de Harvard University en Boston y sus colaboradores han realizado cálculos sobre cómo modificar también esta fuerza mediante la introducción de un dieléctrico entre las “placas”. En este caso, y según sus resultados muestran, una esfera de poliestierno de 42 micras recubierta de oro levitaría sobre una placa de teflón si ambos están inmersos en etanol. Los experimentos preliminares de Capasso (aún sin publicar pero expuestos el pasado junio en un congreso) parecen demostrar que efectivamente el efecto Casimir inverso o repulsivo existe.
No sería el primer caso de levitación que se da en la Física. El efecto Meissner hace levitar un imán o un superconductor. Incluso se hizo levitar una rana con un potentísimo campo magnético. Sin embargo, la posibilidad de crear una alfombra mágica es absolutamente remota.
Una posibilidad fascinante de utilización de las fluctuaciones del vacío, aunque altamente especulativa, sería prescindir de la cavidad y crear una placa que trabajara como una especie de “diodo del vacío” con presión de radiación distinta a cada lado. Una superficie hipotética de este tipo con la suficiente extensión podría propulsar una nave espacial hasta velocidades relativistas.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa de University of St Andrews.
Nanotechweb.
Artículo en ArXiv.
Artículo de Umar Mohideen.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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29 Comentarios

  1. Jesús M. Sánchez A.:

    Esperemos que las investigaciones a futuro den fruto, así tendríamos otra energía controlada.

  2. Orquidea:

    A través del efecto casimir,se podrían realizar viajes temporales, ya que a causa de fluctuaciones electromagnéticas, las cuales podrían crear en una región concreta de la tierra, dicha región podría sufrir el efecto de“Globo de nieve´´, que afectaría al desarrollo normal del tiempo en esa zona. Aunque sin embargo se deberían demostrar realmente si es o no posible y en caso de que si,el sujeto que viaje a través del tiempo, necesitara un “ determinante´´, es decir, alguien o algo que haga que dicho viaje se pueda desarrollar correctamente sin peligro del que el sujeto sufra una grave crisis de desorientación espacial llegando a la muerte.

  3. NeoFronteras:

    Lo que dice es altamente especulativo por no decir místico. No hay trabajos serios sobre viajes en el tiempo utilizando este efecto. El efecto Casimir es conocido desde hace bastantes años y nadie ha informado de nada relativo a viajes en el tiempo. Lo de determinante… En fin, suena místico-religioso y nadie se muere por desorientarse a no ser que sea en el desierto.

  4. benjamin Linus:

    No le hagan caso a Orquidea, seguramente este divagando.

  5. Raúl:

    Lo del señor Orquidea, son las cosas que se creen que se aprenden a través del televisor, vease LOST y La estación Orquidea.
    Un saludo.

  6. José Luis:

    “Una superficie hipotética de este tipo con la suficiente extensión podría propulsar una nave espacial hasta velocidades relativistas”.

    Quien sabe si este es el comienzo de los viajes en el tiempo… Si esa nave superara la velocidad de la luz… mucho suponer pero, soy físico y no me atrevería a descartarlo.

  7. NeoFronteras:

    No hay ningún indicio que indique que la velocidad de la luz pueda ser superada, ni que eso suponga el viaje en el tiempo en cualquier dirección.

  8. Fede:

    NeoFronteras:
    26 Marzo, 2008 @ 9:51 pm
    No hay ningún indicio que indique que la velocidad de la luz pueda ser superada, ni que eso suponga el viaje en el tiempo en cualquier dirección.

    informate un poquito mas.. ya se supero hace rato. :)

  9. NeoFronteras:

    Pues será en su universo particular o en la ciencia ficción televisiva. Que sepamos la causalidad relativista todavía no ha sido violada y por tanto no se puede transmitir información a velocidades superiores a la de la luz. Se agradecería que no propagara falsedades. Se está confundiendo de medio o es usted el que está muy mal informado.

  10. pilo:

    Su artículo es fascinante.

  11. Funcky:

    Si no me equivoco, en la fase de creación de las galaxias se producen radiaciones de luz no visible que superan los 3E8 m/s.
    Es que tengo unas ganas locas de desmontar estas limitaciones…

  12. NeoFronteras:

    Efectivamente se equivoca. La realidad es tozuda y no siempre está de acuerdo a nuestros deseos.

  13. hamilton:

    NADA VIAJA MAS RÁPIDO QUE LA LUZ
    SI esto ocurriera, comenzarían a aparecer paradojas tales como que la masa que posee esta velocidad (v>c), llegaría a un punto antes de comenzar la trayectoria (llega antes de salir) o cosas por el estilo. Esto se debe a que la separación (distancia cronotópica de Minkowsky) es menor que cero (DS2

  14. John Locke:

    El articulo esta muy bueno..me parece interesante la idea de poder controlar esta fuerza y utilizarla para posibles viajes al espacio.
    Aun así me parce que los que tratan a orquídea de ignorante por pregunta por los viajes a al espacio me parece que son unos amargos y tienen la mente cerrada o acaso las teorías de galileo o de einstein en su tiempo no fueron consideradas como delirios.
    Y si fuera todo una mentira para poder hacer que las teorías de lost cierren, aun así me parece fascinante la idea del viaje del tiempo.
    Neofronteras te recomiendo que veas lost, es una serie fascinante .
    Es mas, a partir de esta serie me he enterado e interesado por el efecto casimir.

  15. NeoFronteras:

    Hay que tener cuidado en no confundir ciencia y ciencia ficción. No son lo mismo y la realidad es tozuda.
    “Lost” es un buen entretenimiento, pero no un tratado de Física.

  16. Ignacio Villalón:

    Se podría utilizar este efecto Casimir en pequeñas fibras metálicas dispuestas paralelamente, y puestas intercaladamente con otras fibras paralelas pero en sentido contrario, simulando un sarcómero, para así crear una especie de contracción muscular artificial. ¿Sería posible?.
    Me interesaría mucho saber si sería posible o no.

  17. NeoFronteras:

    No sería posible, es un efecto muy débil.

  18. Gerardo Sánchez:

    A mi tambien me encata LOST, pero se que lo que aprendo en LOST solo funciona en la “isla”, lo que digan en la serie del efecto casimir es solo ficción, nada más.

    Ah! si la “orquidea” es una “estación en la isla” donde en un capitulo de LOST usaron el efecto casimir para hacer que conejos saltaran en el tiempo. Es decir, muy interesante y entretenida la serie, de verdad me encanta, pero…..

  19. Darío Alonso:

    Pienso que el efecto Casimir es la clave para develar la estructura del universo, de la mano de la mecánica cuántica y la teoría del campo unificado, que no existe, pero esto puede ser la pieza que falta. Estudiando a fondo qué es el vacío, que no es tan ‘vacío’ después de todo, se podría desarrollar la famosa ‘energía del vacío’ que sería una fuente ilimitada de energía que se habla en la ciencia ficción.
    Asimismo el estudio de estas nuevas interacciones entre la materia, el efecto Casimir, podría explicar qué es realmente la gravedad.

  20. David:

    Me parecen muy prometedoras las posibilidades de reducir la fricción en dispositivos nanomecánicos, pero respecto al “diodo del vacío” ¿Cuál sería la extensión suficiente? ¿Cientos de metros? ¿Del tamaño de Texas (como les encanta decir en las películas)? ¿Del tamaño del sistema solar, o una simple unidad astronómica?

  21. Lucho:

    Sinceramente, sería fascinante poder viajar en el tiempo, me interesa mucho este tema y es una de mis grandes deseos…

  22. Lucho:

    Viajar en el tiempo sería un sueño alcanzado, sin embargo tenemos que conformarnos en sueños, ya que, ¿ no creen que si se pudiera viajar, las personas del futuro, ya habrían viajado a nuestro presente (pasado para ellos)? Así que no creo que sea posible (por ahora) ya que aún no hemos sido visitados por la gente del futuro…

    ¿ No creen que éste sea un buen punto ?

  23. Nico Mali:

    Me encantó.

  24. Samuel:

    Bueno, existe la posibilidad de que en el futuro se halla logrado los viajes en el tiempo, solo que si nos percatáramos de ello actualmente, se crearían cambios que afectarían ese futuro. Pienso que actualmente somos visitados por viajeros del tiempo, pero que no les es permitido intervenir en lo mas mínimo eventos actuales para no cambiar su futuro,seria peligroso para ellos, quizas mortal. Deberíamos analizar los parámetros de intervención que tienen los viajeros del tiempo al visitarnos.

  25. RicardM:

    Apreciado Samuel,

    Yo desde muy joven he sido (y soy) un apasionado de la “hard science fiction” (Asimov, Clarke, Heinlein, etc.). Por eso tambien pienso en viajeros del futuro, inteligencias incorpóreas, escudos de fuerza y saltos al hiperespacio. Pero este sitio web no està dedicado a la Ciencia Ficción. Por eso no opino sobre ello.

    Saludos.

  26. NeoFronteras:

    Gracias RicardM, efectivamente, no hay que confundir ciencia y CiFi. Un autor de SiFi-Hard bueno es Robert L. Forward. Sus especulaciones sobre la vida en estrellas de neutrones no tienen parangón.

    Estimado Samuel:
    En cuanto a por qué las máquinas del tiempo no son posibles, en los comentarios de esta noticia: http://neofronteras.com/?p=36 se dan algunas razones.

  27. Jesús:

    Este efecto me parece realmente interesante, sería increíble poder utilizar la energía que proporciona este efecto, mi profesor de física cuántica me comentó acerca de este efecto, agradecería más información o enlaces al respecto.Gracias.

  28. fredy:

    Creo que como el tiempo nunca retrocede, si se pudiera viajar en el tiempo sería hacia adelante.

  29. pablo:

    Hace tiempo que tengo una “teoría” interesante.

    ¿No será que sí somos visitados por viajeros del futuro? Si se ponen a pensar en el camino evolutivo que aparentemente nos espera, donde la mente y la vista se hacen cada vez mas importantes en detrimento de la fuerza física (Homo Videns), un desenlace probable serían los enanitos grises cabezones que dimos en llamar “extraterrestres”.

    Reconozco que no hay nada de científico en este comentario, pero explicaría por qué no hay visitantes del futuro y, si realmente el viaje en el tiempo es una realidad física (es decir, posible), no sería mucho mas descabellado que aceptar que son visitantes del espacio exterior.

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