Энергия вакуума: эффект казимира

      Комментарии к записи Энергия вакуума: эффект казимира отключены

Энергия вакуума: эффект казимира

Во второй половине 40-ых годов XX века голландские физики Хендрик Дирк и Казимир Полдер в отыскивании объяснения особенностей коллоидных пленок разглядели сотрудничество молекул, поляризующих друг друга электромагнитными силами. Оказалось, что сила притяжения поляризуемой молекулы к железной пластинке обратно пропорциональна четвертой степени расстояния между ними.

Но этим дело не закончилось. Казимир обсуждал собственные выводы с Нильсом Бором, и тот увидел, что притяжение возможно растолковать и совсем в противном случае. Тогда уже было доказано, что виртуальные частицы физического вакуума воздействуют на энергетические уровни внутриатомных электронов (лэмбовский сдвиг).

Согласно точки зрения Бора, вычисленный Казимиром эффект мог иметь совершенно верно такую же природу. Казимир произвел соответствующие расчеты и взял ту же самую формулу.

Эффект Казимира

В том же году Казимир внес предложение несложной и наглядный пример силового действия вакуума. Представим себе две плоские проводящие пластины, расположенные параллельно. Плотность виртуальных фотонов между ними будет меньшей, нежели снаружи, потому, что в том месте смогут возбуждаться только стоячие электромагнитные волны строго определенных резонансных частот.

В следствии в пространстве между пластинами давление фотонного газа окажется меньше давления извне, почему они будут притягиваться друг к другу, причем опять-таки с силой, обратно пропорциональной четвертой степени ширины щели (при сближении пластин комплект допустимых частот стоячих волн уменьшается, так что различие плотности «внутренних» и «внешних» фотонов возрастает). Реально такое притяжение делается заметным на расстоянии нескольких микрометров. Это явление и стало называться результата Казимира.

Движущиеся зеркала

В первой половине 70-ых годов XX века физик из американского Университета Брандейса Джеральд Мур разместил статью, где теоретически разглядел поведение вакуума в полости, ограниченной двумя сближающимися либо расходящимися плоскопараллельными зеркалами. Он продемонстрировал, что такие зеркала смогут усилить вакуумные флуктуации и вынудить их породить настоящие фотоны. Но, в соответствии с расчетам Мура, для генерации фотонов в сколь-нибудь заметных количествах зеркала должны иметь релятивистскую скорость.

В конце 1980-х неприятность «раскачки» вакуумных флуктуаций заинтересовала многих ученых. Ее теоретический анализ продемонстрировал, что вакуум способен рождать настоящие фотоны не только около материальных тел, владеющих субсветовой скоростью, но и вблизи материалов, скоро изменяющих собственные электрические либо магнитные особенности. Такое превращение виртуальных вакуумных флуктуаций в настоящие кванты назвали динамическим, либо нестационарным, эффектом Казимира.

До недавнего времени эти изучения ограничивались чистой теорией. Прямое воспроизведение схемы Мура, очевидно, не под силу современным разработкам, каковые не могут разгонять зеркала из любых материалов до субсветовых скоростей. В научной литературе много раз обсуждались более практичные устройства для наблюдения динамического результата Казимира — к примеру, пьезоэлектрические вибраторы и высокочастотные электромагнитные резонаторы.

Сейчас физики, трудящиеся в данной области, утвердились во мнении, что эти опыты в полной мере осуществимы.

Проверка на практике

Первыми успеха добились Кристофер Уилсон и его коллеги по Технологическому университету Чалмерса в шведском городе Гетеборге вместе с сотрудниками из японии и Австралии. «Овеществление» виртуальных фотонов происходило около волновода из алюминия, подключенного к сверхпроводящему квантовому интерферометру (два джозефсоновских туннельных перехода, параллельно соединенных в замкнутый контур). Экспериментаторы изменяли индуктивность этого контура, пропуская через него магнитный поток, осциллирующий с частотой порядка 11 ГГц.

Колебания индуктивности сказывались на электрической длине волновода, которая осциллировала с в полной мере релятивистской скоростью (около четверти скорости распространения электромагнитных волн в волноводе, которая приблизительно равнялась 40% скорости света в вакууме). Волновод, как и ожидалось, излучал фотоны, извлеченные из вакуумных флуктуаций. Спектр этого излучения соответствовал теоретическим предсказаниям.

Но применять эту установку чтобы получить энергию из вакуума нереально: энергия взятого излучения неизмеримо не сильный мощности, которую приходится закачивать в прибор. Это же справедливо и для других устройств, которыми возможно воспользоваться для наблюдения динамического результата Казимира. В общем, вакуум — это вовсе не нефтеносный слой.

С современной точки зрения

как раз вакуумные флуктуации порождают силовые сотрудничества между молекулами. Исходя из этого они проявляют себя при сближении тел разной формы (не обязательно плоских), изготовленных из металлов либо диэлектриков. Первыми это полвека назад узнали сотрудники теоротдела Университета физических неприятностей Евгений Лифшиц, Игорь Дзялошинский и Лев Питаевский. Они же продемонстрировали, что при определенных условиях на смену казимировскому притяжению приходит отталкивание.

Точное экспериментальное подтверждение существования для того чтобы притяжения было получено во второй половине 90-ых годов двадцатого века Стивом Ламоро, Умаром Мохидином и Анушри Роем. Казимировские силы отталкивания в первый раз экспериментально измерила в 2009 году несколько под управлением Джереми Мандэя.

Виртуальное зеркало, настоящие фотоны

Простой эффект Казимира содержится в притяжении двух плоских параллельных пластин за счет «селекции» резонансных стоячих волн между ними. Динамический эффект предполагает «развиртуализацию» фотонов при стремительном (релятивистском) перемещении зеркал. Ясно, что чисто механическим методом повторить такую схему нереально, исходя из этого группа из Университета Чалмерса в Гетеборге применяла «виртуальные» зеркала — посредством колебаний магнитного поля они изменяли длину волновода, что подобно перемещению его границы с релятивистскими скоростями.

Изменяя магнитное поле,

исследователи поменяли индуктивность SQUID и тем самым длину плоского одномерного волновода, «передвигая» его границу, которая и служила в качестве виртуального зеркала для фотонов.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№112, февраль 2012).

Новости безопорного движения: EmDrive и эффект Казимира


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: