Welche Bezeichnungen der Vakuumenergie gibt es?
Nullpunktenergie, Nullpunktfeld, Vakuumfeld, Vakuumfluktuationen, Zero Point Energy, ZPE, Zero Point Fluctuations, ZPF.
Woher kommt die Vakuumenergie?
Zwei Hypothesen: 1. Elektromagnetische Wellen bestehen aus Photonen. Nach den quantentheoretischen Prinzipien ist im Vakuum grundsätzlich jeder Zustand (Energie, Polarisation, Richtung) zeitlich gemittelt mit einem halben (virtuellen) Photon besetzt. Die nötige Energie wird jeweils nach der Heisenberg′schen Unschärferelation kurzzeitig von der Natur (?) "geborgt". - 2. Die Vakuumenergie wird dynamisch im ganzen Universum erzeugt durch die Strahlung bewegter elektrisch geladener Teilchen, die selbst wieder von der Vakuumenergie zu Schwingungen angeregt werden. Durch eine in sich geschlossene Rückkopplung wird der energetische Grundzustand des Universums erzeugt.
Wie groß ist die Vakuumenergie?
Jeder mögliche Photonenzustand der Frequenz ν besitzt im Vakuum die Energie hν/2 (h: Planck′sche Wirkungsquantum). Aber wie viel Zustände gibt es? Wenn man einen kleinen Ausschnitt des Frequenzspektrums jeweils um eine Frequenz ν betrachtet, findet man, dass die Zahl der Zustände quadratisch mit ν steigt (Zustandsdichte). Die zugehörige Energie steigt daher kubisch mit ν (Energiedichte). Alle möglichen Energien ergeben somit eine gigantische Summe. Sie wird dadurch beschränkt, dass die Frequenz in Wirklichkeit nicht bis ins Unendliche steigen kann. Wo das Frequenzspektrum abbricht, lässt sich noch nicht zuverlässig sagen. Trotzdem lassen sich zuverlässig Differenzen der Energie berechnen, z. B. beim Casimir-Effekt: Energie im freien Raum minus Energie zwischen den Platten.
Warum nehmen wir die Vakuumenergie nicht wahr?
Sie ist gleichförmig im Raum verteilt. Etwas, das überall gleich ist, kann nicht gemessen werden, da der Bezugsrahmen fehlt. Die Nullpunktenergie wird sogar in fester Materie von den elektrisch geladenen Teilchen aufgenommen und wieder ausgesendet, ohne das Strahlungsfeld zu verändern. Selbst wenn man sich mit konstanter Geschwindigkeit durch den See der Vakuumenergie bewegt, kann sie nicht registriert werden (Lorentz-invariant). Wenn allerdings ein Körper beschleunigt oder bremst, nimmt er das Spektrum der Vakuumenergie verändert wahr. Mehrere Forscher haben diesen Effekt genauer untersucht und darin möglicherweise eine Erklärung für die Massenträgheit und Gravitation gefunden.
Was ist der Casimir-Effekt?
Zwei parallele Metallplatten in winzigem Abstand d ziehen sich im Vakuum gegenseitig an. Die Kraft ist proportional zu d-4 und hat ihre Ursache im Strahlungsfeld des Vakuums. Zwischen den Platten können elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen λ > 2d nicht existieren; der äußere Strahlungsdruck überwiegt. Die blauen Wellen sind Beispiele für Wellen, die innen und außen existieren können. Die roten sind Beispiele für Wellen, die nur außen möglich sind. Bei einem Abstand von 0,5 Mikrometer wirkt auf jeden Quadratzentimeter der Platten eine Kraft von etwa 2x10-6 Newton. Das entspricht der Gewichtskraft einer Masse von etwa 0,2 Milligramm.
Nach wem wurde der Casimir-Effekt benannt?
Nach Hendrik Brugt Gerhard Casimir (1909 - 2000), Physiker, geboren in Den Haag (Niederlande). Er sagte 1948 den nach ihm benannten Effekt vorraus, der bereits 1957 und 1958 experimentell nachgewiesen wurde.
