Ефект Казимира - це

Ефект Казимира - ефект. що полягає у взаємному тяжінні проводять незаряджених тіл під дією квантових флуктуацій у вакуумі. Найчастіше мова йде про двох паралельних незаряджених дзеркальних поверхнях, розміщених на близькій відстані, проте ефект Казимира існує і при більш складних геометрії.

суть ефекту

У цьому розділі не вистачає посилань на джерела інформації.

Згідно квантової теорії поля. фізичний вакуум являє собою не абсолютну порожнечу. У ньому постійно народжуються і зникають пари віртуальних частинок і античастинок - відбуваються постійні коливання (флуктуації) пов'язаних з цими частками полів. Зокрема, відбуваються коливання пов'язаного з фотонами електромагнітного поля. У вакуумі народжуються і зникають віртуальні фотони, які відповідають усім довжинах хвиль електромагнітного спектру. Однак в просторі між близько розташованими дзеркальними поверхнями ситуація змінюється. На певних резонансних довжинах (ціле або напівціле число раз укладаються між поверхнями), електромагнітні хвилі посилюються. На всіх інших же довжинах, яких більше, навпаки, пригнічуються (тобто, пригнічується народження відповідних віртуальних фотонів). Відбувається це внаслідок того, що в просторі між пластинами можуть існувати тільки стоячі хвилі, амплітуда яких на пластинах дорівнює нулю. В результаті, тиск віртуальних фотонів зсередини на дві поверхні виявляється менше, ніж тиск на них ззовні. де народження фотонів нічим не обмежена. Чим ближче один до одного поверхні, тим менше довжин хвиль між ними виявляється в резонансі і більше - виявляється пригніченими. Такий стан вакууму в літературі іноді називається вакуумом Казимира. Як наслідок, зростає сила тяжіння між поверхнями.

Явище можна образно описати як «негативний тиск», коли вакуум позбавлений не тільки звичайних, але і частини віртуальних частинок, тобто «відкачали все і ще чуть-чуть".

Явище, схоже з ефектом Казимира, спостерігалося ще в XVIII столітті французькими моряками. Коли два корабля. розгойдуються з боку в бік в умовах сильного хвилювання. але слабкий вітер. виявлялися на відстані менше приблизно 40 метрів, то в результаті інтерференції хвиль в просторі між кораблями припинялося хвилювання. Спокійне море між кораблями створювало менший тиск, ніж хвилюється з зовнішніх бортів кораблів. В результаті виникала сила, яка прагне зіштовхнути кораблі бортами. Як контрзахід, керівництво з мореплавання початку 1800-х років рекомендувало обом кораблям послати по шлюпці з 10-20 моряками, щоб розштовхувати кораблі.

Також ефект нагадує кінетичну теорію гравітації Лесажа. яка полягає в зіткненні тіл один з одним під тиском деяких гіпотетичних частинок.

Величина сили Казимира

Сила тяжіння, що діє на одиницю площі для двох паралельних ідеальних дзеркальних поверхонь, що знаходяться в абсолютному вакуумі, становить

- наведена постійна Планка. - швидкість світла у вакуумі, - відстань між поверхнями.

Звідси видно, що сила Казимира вкрай мала. Відстань, на якому вона починає бути більш-менш помітної, становить близько кількох мікрон. Однак, будучи обернено пропорційній 4-го ступеня відстані, вона дуже швидко зростає зі зменшенням останнього. На відстанях порядку 10 нм - сотні розмірів типового атома - тиск, що створюється ефект Казимира, виявляється порівнянним з атмосферним.

У разі більш складної геометрії (наприклад, взаємодії сфери і площини або взаємодія більш складних об'єктів) чисельне значення і знак коефіцієнта змінюється [1]. таким чином сила Казимира може бути як силою тяжіння, так і силою відштовхування.

Незважаючи на те, що у формулі для сили Казимира відсутня постійна тонкої структури - основна характеристика електромагнітної взаємодії, - цей ефект, проте, має електромагнітне походження. Як показано в замітці [2]. при обліку кінцевої провідності пластин з'являється залежність від, а стандартне вираз для сили з'являється в граничному випадку, де - щільність електронів в платівці.

Історія відкриття

Хедрік Казимир працював в Philips Research Laboratories в Нідерландах, займаючись вивченням колоїдних розчинів - в'язких речовин, що мають в своєму складі частинки мікронних розмірів. Один з його колег, Тео Овербек (Theo Overbeek), виявив, що поведінка колоїдних розчинів не цілком узгоджується з існуючою теорією і попросив Казимира досліджувати цю проблему. Незабаром Казимир прийшов до висновку, що відхилення від пророкує теорією поведінки може бути пояснено, якщо враховувати вплив флуктуацій вакууму на міжмолекулярні взаємодії. Це і наштовхнуло його на питання, який вплив можуть надати флуктуації вакууму на дві паралельні дзеркальні поверхні, і призвело до знаменитого передбачення про існування між останніми притягає сили.

експериментальне виявлення

У цьому розділі не вистачає посилань на джерела інформації.

Сучасні дослідження ефекту Казимира

ефект Казимира для діелектриків
ефект Казимира при ненульовий температурі
зв'язок ефекту Казимира і інших ефектів або розділів фізики (зв'язок з геометричною оптикою. декогеренції. полімерної фізикою)
динамічний ефект Казимира
облік ефекту Казимира при розробці високочутливих МЕМС -устройств.

література

В. М. Мостепаненко, Н. Н. Трунов. Ефект Казимира і його додатки. УФН. 1988, т. 156, вип. 3, с. 385-426.
А. А. Гриб, С. Г. Мамаєв, В. М. Мостепаненко. Вакуумні квантові ефекти в сильних полях. М. Вища школа, 1988.

Примітки

Дивитися що таке "Ефект Казимира" в інших словниках:

ЕФЕКТ КАЗИМІРА - сукупність фіз. явищ, обумовлених специфічною поляризацією вакууму квантованих полів внаслідок зміни спектра нульових коливань в областях з кордонами і в просторах з нетривіальною топологією. Передбачений X. Казимиром в 1948 [1] ... Фізична енциклопедія

Ефект Казимира - Casimir Effect Ефект Казимира ефект, що полягає у взаємному тяжінні проводять незаряджених тіл під дією квантових флуктуацій у вакуумі. Найчастіше мова йде про двох паралельних незаряджених дзеркальних поверхнях, розміщених ... ... Тлумачний англо-український словник з нанотехнології. - М.

Ефект Шарнхорста - гіпотетичний досвід, в якому світловий сигнал може рухатися між двома близько розташованими пластинами швидше за швидкість світла. Явище передбачено Клаусом Шарнхорста з Гумбольдтського університету (Німеччина) і Гебріелом Бартоном з ... ... Вікіпедія

сила Казимира - Термін сила Казимира Термін англійською Casimir forces Синоніми ефект Казимира Абревіатури Пов'язані терміни Визначення сила, обумовлена наявністю граничних умов вторинного квантування нульових коливань електромагнітного поля в вакуумі ... Енциклопедичний словник нанотехнологій

Казимир, Хендрік - Хендрік Казимир Hendrik Brugt Gerhard Casimir ... Вікіпедія

Casimir Effect - Casimir Effect Ефект Казимира Ефект, що полягає у взаємному тяжінні проводять незаряджених тіл під дією квантових флуктуацій у вакуумі. Найчастіше мова йде про двох паралельних незаряджених дзеркальних поверхнях, розміщених ... ... Тлумачний англо-український словник з нанотехнології. - М.

Віртуальні частки - Віртуальна частка деякий абстрактний об'єкт в квантової теорії поля, що володіє квантовими числами однією з реальних елементарних частинок (з масою m), для якого, однак, не виконується звичайна зв'язок між енергією і імпульсом (тобто). ... ... Вікіпедія