О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Дело 12 июня | Дело 26 марта | Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Украина
Читайте нас:

статья Силу, возникающую из пустоты, приспособят к чему-нибудь путному

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 04.09.2003
Измерение эффекта Казимира. Схема с сайта www.eetimes.com
Измерение эффекта Казимира. Схема с сайта www.eetimes.com
Реклама
справка Справка

Эффект Казимира

Согласно положениям квантовой механики, в вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы. Эти так называемые нулевые колебания полей приводят, в частности, к силовому взаимодействию макроскопических тел. Один из наиболее известных примеров подобного взаимодействия - эффект Казимира: притяжение двух плоских параллельных металлических пластин, разнесенных на малое расстояние d. В пространстве между пластинами могут существовать моды нулевых колебаний электромагнитного поля с длиной волны, не превышающей 2d. Таким образом, плотность энергии нулевых колебаний между пластинами меньше, чем снаружи, что и вызывает притяжение.

"Научная сеть"

Эффект Казимира назван по имени голландского ученого Генриха (или Хендрика) Казимира (Hendrick Casimir). Именно Казимир еще в 1948 году предложил эксперимент, который мог бы подтвердить квантовую теорию физического вакуума Макса Планка и Вернера Гейзенберга (то, что вакуум на самом деле не пуст, а заполнен то и дело виртуально возникающими и исчезающими парами частиц и античастиц). Казимир рассуждал примерно так: если две параллельные пластины в вакууме свести на достаточно малое расстояние (порядка нескольких микрон), то в пространстве между этими пластинами будут подавляться частицы всех длин волн, отличных от резонансных (то есть с модами, кратными расстоянию между пластинами - это похоже на колебания струны конечных размеров). То есть подавляются флуктуации вакуума в этом промежутке, а спонтанно появляющиеся фотоны, которые возникают вне пластин, порождают силу, стремящуюся свести пластины вместе (своего рода "давление поля внешнего излучения") - выходит, эта сила возникает как бы прямо "из пустоты", само пустое пространство воздействует на погруженные в него тела.

С эффектом Казимира связано множество всяких спекуляций, но только в 1997 году Стив Ламоро (Steve Lamoreaux) из Университета Вашингтона в Сиэтле (а теперь Национальной лаборатории в Лос-Аламосе) сумел собрать экспериментальную установку, достаточно чувствительную для того, чтобы доподлинно измерить силу Казимира. Он сумел достичь точности результатов в пределах 5 процентов от теоретического предсказания Казимира (измерялось взаимодействие между сферической линзой диаметром 4 см и кварцевой пластиной 2,5 см в поперечнике), то есть подтвердил предсказание эффекта на 95 %.

Теперь Эфрам Фишбах (Ephraim Fischbach), профессор из американского Университета Пердью (Purdue University's School of Science) и его коллеги сумели проверить этот эффект с точностью до 0,5 % для слоев разнородных металлов - меди и золота (в диапазоне 0,2-2 мкм). Выяснилось, что эффект Казимира действительно должен серьезно влиять на наноразмерные устройства.

"Эффект Казимира сравнительно слаб в случае обычных объектов, но когда вы начинаете строить микроскопические MEMS-устройства, он очень серьезно будет влиять на их работу", - говорит Фишбах. Всякий раз, когда два наноразмерных объекта сближаются, "фотонное давление" на внешних сторонах этой пары превышает давление в пространстве между ними. Таким образом, "когда зубчики крошечных MEMS-механизмов сцепятся, сила Казимира может привести к тому, что спроектированные без учета этого эффекта наномашины просто "склеются", не смогут работать. Точное измерение этих сил поможет MEMS-проектировщикам избегать таких ловушек".

Фишбах не считает силу Казимира каким-то неодолимым препятствием для грядущих технологий, которое заставит устройства при наномасштабах вести себя совершенно непредсказуемо. По его мнению, необходимо лишь аккуратно учитывать соответствующие коэффициенты и с еще большей точностью измерять собственно эффект Казимира - воздействие своего рода "квантовой пены" фотонов - частиц и античастиц, "просачивающихся" к нам из пустоты.

Кроме того, учет эффекта Казимира важен и для микробиологов, есть даже такое понятие, "мембрана Казимира" (casimir membrane). А с недавних пор возникло подозрение, что этот "микроскопический" эффект может играть важную роль в космологии, например, в том, что касается механизмов инфляции.

Еще одно интереснейшее приложение эффекта Казимира относится к многомерным моделям в теории Калуцы-Кляйна. Согласно таким моделям, истинная размерность нашего пространства-времени больше реально наблюдаемых четырех измерений - то есть их на самом деле 10, 11, а то и все 26. Реально при этом "работают" только четыре (соответственно, время и три пространственных измерения), а "лишние" просто свертываются или, как говорят, компактифицируются на очень малых расстояниях - порядка 10-33 см, в связи с чем мы их при обычных условиях не замечаем. Вот за эту-то компактификацию и "назначен ответственным" эффект Казимира.

Источники:
Purdue physicists hone rules for nanotech game - Purdue News
MEMS research looks to make Casimir a force for good - EE Times
MEMS Researchers Hope To Exploit Casimir Effect - Slashdot

Ссылки:
Минус-материя - "Знание - сила"
Эффект Казимира - Астрид Ламбрехт
Эффект Казимира - Владимир Мостепаненко

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 04.09.2003


новость Новости по теме
Фото и Видео

Реклама



Выбор читателей