Эффект Казимира

Эффект КазимираЭффект Казимира может достигать существенных величин, но только на дистанциях меньше сотни нанометров. Поэтому не смотря на то, что теоретически этот эффект был предсказан Хендриком Казимиром ещё в 1948 году, экспериментальное подтверждение его появилось только в 1997 году (спустя 49 лет). Подтверждения же открытого Евгением Лифшицем в 1956 году эффекта отталкивания и вовсе пришлось ждать 53 года – оно было подтверждено только в 2009 году.

Описание явления

Эффект Казимира (притяжение)

Эффект Казимира (притяжение)

Существовавший в классической механике «пустой» вакуум на поверку оказался не столь пустым: при изучении эффектов квантовой механики оказалось, что он заполнен парами виртуальных частиц, которые непрерывно образуются и аннигилируют между собой. При этом если поместить на очень близком расстоянии две параллельные пластины из проводников электрического тока, то образующиеся при этом частицы будут гаситься из-за эффекта интерференции волн. Чем ближе будут расположены пластины – тем меньше будет оставаться виртуальных частиц между ними, при этом во внешней среде их число будет оставаться прежним (как и производимое ими давление) что будет создавать всё большую силу, направленную на притяжение пластин.

Аналог этого явления, основанный на интерференции волн в водной среде

Эффект притяжения

На расстоянии 10 нанометров между пластинами эта сила может создавать давление близкое к атмосферному, но так как его сила падает в 4 степени от дистанции – его величина на дистанции уже в 100 нанометров становится трудно регистрируемой. Этот эффект предложен для использования в различных наномеханических системах и даже в качестве замены экзотической материи для двигателя Алькубьерре и стабилизации червоточин.

Эффект отталкивания

Эффект Казимира-Лифшица (отталкивания)

Эффект Казимира-Лифшица (отталкивания)

В 1956 году Евгений Лифшиц показал, что если заполнить промежуток между двумя поверхностями диэлектрическим материалом, то это явление может поменять свой знак. Первый эксперимент подтверждающей этот эффект заключался в прижатии позолоченного шарика диаметром всего в 40 мкм к золотой плёнке и кремниевой пластине (для измерения эффекта притяжения и отталкивания соответственно) размещённых в жидкой среде – бромбензоле. Авторы этой работы, опубликованной в Nature в 2009 году, указывают на то что смешение двух или более жидкостей может позволить добиться отталкивания при малых дистанциях и притяжение при больших, что позволит в свою очередь создать механизмы с очень низким коэффициентом трения.

Результаты эксперимента: синей линией показаны результаты для силы отталкивания, жёлтым — для силы притяжения. Уже на дистанции в 80 нм измеряемые силы становятся сравнимы с погрешностями измерений.

Эксперимент по измерению сил отталкивания и притяжения

Эксперимент по измерению сил отталкивания и притяжения

Динамический эффект

Это явление заключается в том, что если зеркало движется с релятивистской скоростью, то часть из виртуальных пар частиц не успевает проаннигилировать и разделяется, превращаясь тем самым в реальные фотоны. Существование такого эффекта было предсказано в середине 70-х Джулианом Швингером и подтверждено учёными в 2011 году. Для проведения эксперимента они использовали сверхпроводящий квантовый интерферометр, который мог имитировать электромагнитное зеркало, движущееся со скоростью в 5% от скорости света. Это явление не нарушает закона сохранения энергии (как могло бы показаться), так как на приведение в движение зеркала расходуется энергия. На данный момент оно рассматривается только как гипотетическая двигательная установка на подобие проходящего сейчас испытания сразу в нескольких местах EmDrive.

Эффект Шарнхорста

Это теоретически предсказанное в 1993 году физическое явление, которое заключается в том, что свет двигающийся между пластинками Казимира должен оказываться в среде с «отрицательной плотностью» и двигаться тем самым быстрее скорости света в обычном вакууме. Эффект невероятно сложен для измерения: свет, двигающийся между пластинками, разнесёнными всего на микрон будет ускоряться всего на 10-36 долю от своей обычной скорости. Сложность его измерения привела к тому что на данный момент даже не проводилось попыток его подтверждения/опровержения. Если этот эффект всё-таки подтвердится, он может быть использован в таких экзотических применениях как линзы для гамма-излучения и оптические кабели на основе углеродных нанотрубок со «сверхсветовой» скоростью связи.


comments powered by HyperComments

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 3529