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News: Das Nichts zieht an

Das Vakuum ist nicht leer - zumindest nicht für Physiker. Laufend entstehen Teilchen aus dem Nichts und vergehen im selben Moment wieder. Solche Prozesse bleiben uns weitgehend verborgen und äußern sich nur in bizarren Fällen, wie etwa beim so genannten Casimir-Effekt oder der Hawking-Strahlung. Nun scheint sich ein neues Phänomen in dieses Kuriositätenkabinett einzureihen: Physiker sagen voraus, dass sich zwei Blasen aus Nichts in einem See aus Teilchen anziehen.
"Das Nichts übt eine unwiderstehliche Anziehungskraft aus", berichtet ein Bewohner Phantasiens anderen Boten, die sich auf dem Weg zur kindlichen Kaiserin befinden. Dabei trifft diese Beschreibung des "Nichts" in Michael Endes "Unendlicher Geschichte" nicht nur auf das Reich der Phantasie zu, denn das Nichts oder Vakuum ist auch in der Realität alles andere als leer und übt durchaus eine Kraft aus. So genannte Nullpunkts- oder Vakuumfluktuationen machen die Leere unsicher. Pausenlos entstehen Teilchen wie Photonen, nur um im selben Moment wieder zu vergehen. Eigentlich blieben uns diese virtuellen Photonen verborgen, gäbe es nicht einige seltsame Phänomene, welche von der Anwesenheit der geisterhaften Teilchen künden.

Der Casimir-Effekt ist ein solches Beispiel. Im Jahr 1948 sagte der holländische Physiker Hendrick Casimir voraus, dass sich zwei Metallplatten, die in dichtem Abstand zusammengebracht werden, aufgrund von Vakuumfluktuationen anziehen. Denn virtuelle Photonen haben unterschiedliche Wellenlängen, und nur solche können zwischen zwei Platten existieren, die dort stehende Wellen ausbilden. Casimir stellte also fest, dass sich die Energiedichte zwischen den Platten verkleinert, wenn sie näher zusammen stehen – das deutet aber auch auf eine Kraft hin, welche die Platten zusammendrängt. Und tatsächlich ließ sich eine solche, wenn auch kleine Kraft im Experiment nachweisen.

Ähnliches sagen nun Aurel Bulgac von der University of Washington und Andreas Wirzba vom Forschungszentrum Jülich für zwei Hohlräume voraus – sie müssten sich anziehen, meinen die Forscher. Dabei sollen die leeren Blasen die umgebende Materie, bestehend aus nicht-wechselwirkenden Fermionen, also beispielsweise einem Gas aus Elektronen, beeinflussen und so die Kraft bewirken. Man kann sich das etwa wie Luftblasen in einem See vorstellen. Das Wasser repräsentiert hier die Elektronen und kann Wellen schlagen. Wenn nun die Wellengröße in etwa den Blasen entspricht, ist eine Wechselwirkung über das Medium möglich. Denn die Wellen bewegen sich zwischen Blasen hin und her und vermitteln so entweder eine anziehende oder abstoßende Kraft.

Dass sich Elektronen als Wellen auffassen lassen, ist durch die Quantenmechanik längst bekannt. Doch dürfte es schwierig werden, den Effekt tatsächlich experimentell nachzuweisen. Ein denkbarer Ansatz wäre, kugelförmige Kohlenstoff-60-Moleküle, so genannte Fullerene, in flüssiges Quecksilber zu tauchen. Die Hohlkugeln würden dann eventuell über die freien Elektronen im Quecksilber aneinander binden. So könnte die Wechselwirkung durchaus eine größere Reichweite als die schwache Van-der-Waals-Kraft besitzen. Ob das Experiment so oder anders jedoch irgendwann gelingen wird, ist ungewiss. Schließlich brauchte es auch fast fünfzig Jahre, um den Casimir-Effekt zu verifizieren. Vielleicht sollten sich die Wissenschaftler bis dahin auch gelegentlich vom Reich der Phantasie verzaubern lassen.

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