Енергія вакууму ефект Казимира, журнал популярна механіка

У 1948 році голландські фізики-теоретики Хендрік Казимир і Дірк Полдер в пошуках пояснення властивостей колоїдних плівок розглянули взаємодію молекул, що поляризують один одного електромагнітними силами. Виявилося, що сила тяжіння поляризованість молекули до металевої платівці обернено пропорційна четвертого ступеня відстані між ними.

Але цим справа не закінчилася. Казимир обговорював свої висновки з Нільсом Бором, і той помітив, що тяжіння можна пояснити і зовсім інакше. Тоді вже було доведено, що віртуальні частинки фізичного вакууму впливають на енергетичні рівні внутрішньоатомних електронів (лембів зсув). На думку Бора, обчислений Казимиром ефект міг мати таку саму природу. Казимир зробив відповідні розрахунки і отримав ту ж саму формулу.

ефект Казимира

У тому ж році Казимир запропонував простий і наочний приклад силового впливу вакууму. Уявімо собі дві плоскі проводять пластини, розташовані паралельно. Щільність віртуальних фотонів між ними буде меншою, ніж зовні, оскільки там зможуть порушуватися лише стоячі електромагнітні хвилі строго визначених резонансних частот. В результаті в просторі між пластинами тиск фотонного газу виявиться менше тиску ззовні, через що вони будуть притягатися один до одного, причому знову-таки з силою, обернено пропорційною четвертого ступеня ширини щілини (при зближенні пластин набір допустимих частот стоячих хвиль скорочується, так що відмінність щільності «внутрішніх» і «зовнішніх» фотонів зростає). Реально таке тяжіння стає помітним на відстані декількох мікрометрів. Це явище і отримало назву ефекту Казимира.

До недавнього часу ці дослідження обмежувалися чистою теорією. Пряме відтворення схеми Мура, зрозуміло, не під силу сучасним технологіям, які не вміють розганяти дзеркала з будь-яких матеріалів до субсвітлових швидкостей. У науковій літературі неодноразово обговорювалися більш практичні пристрої для спостереження динамічного ефекту Казимира - наприклад, п'єзоелектричні вібратори і високочастотні електромагнітні резонатори. В останні роки фізики, що працюють в цій галузі, утвердилися в думці, що ці експерименти цілком здійсненні.

Перевірка на практиці

Першими успіху домоглися Крістофер Вілсон і його колеги по Технологічного університету Чалмерса в шведському місті Гетеборзі разом з колегами з Австралії і Японії. «Уречевлення» віртуальних фотонів відбувалося близько хвилеводу з алюмінію, підключеного до надпровідного квантового інтерферометра (два джозефсонівських тунельних переходу, паралельно з'єднаних в замкнутий контур). Експериментатори змінювали індуктивність цього контуру, пропускаючи через нього магнітний потік, осциллирующий з частотою близько 11 ГГц. Коливання індуктивності позначалися на електричної довжині хвилеводу, яка осцілліровать з цілком релятивістської швидкістю (близько чверті швидкості поширення електромагнітних хвиль в хвилеводі, яка приблизно дорівнювала 40% швидкості світла у вакуумі). Хвилевід, як і очікувалося, випромінював фотони, витягнуті з вакуумних флуктуацій. Спектр цього випромінювання відповідав теоретичним прогнозам.

Однак використовувати цю установку для отримання енергії з вакууму неможливо: енергія отриманого випромінювання незмірно слабкіше потужності, яку доводиться закачувати в прилад. Це ж справедливо і для інших пристроїв, якими можна скористатися для спостереження динамічного ефекту Казимира. Загалом, вакуум - це зовсім не нафтоносний шар.