Сегодня расскажу про любопытный факт, о котором я сам узнал полчаса назад. #adventOfUniverse
День 11: сила Казимира
Сначала немного основ. Обычно мы считаем, что энергия ассоциируется с чем-то материальным: частицами и их движением, гравитацией и т.п. В квантовой физике оказывается, что даже в абсолютном вакууме энергия не равна нулю. Часто об этом говорят как о “виртуальных частицах”, которыми заполнен вакуум. Такой “физический вакуум” преподлагается почти во всех наших расчетах. Более того, его обычно принимают за наиболее вероятную причину эффекта темной энергии.
И тем не менее, всегда остается вопрос, насколько эта энергия вакуума реальна (или же этопросто математический артефакт). Почти всегда за свидетельство реальности вакуумной энергии принимают так называемую силу Казимира. Если вы возьмете две металлические пластинки, сблизите их на расстояния порядка нескольких нанометров, между ними возникнет сила притяжения. Ее часто объясняют так: все пространство заполнено нулевыми колебаниями (вакуумными колебаниями) электромагнитного поля всевозможных длин волны. Каждая длины волны (мода) колебаний обладает нулевой энергией. Любые ЭМ поля давят на объекты: вспомните опыты Лебедева из школьной программы, где пластинка движется под давлением света.
Так вот, обычно вакуумные колебания на всех длинах волн одинаково давят со всех сторон любого объекта и это давление усредняется. Однако, если поместить две пластинки близко друг к другу, не все длины волн смогут поместиться между ними! В итоге, снаружи на них давит бесконечное число длин волн, а изнутри — только те, что влезают в 10нм зазора между пластинками. Как результат, мы наблюдаем силу притяжения. Сила Казимира исследована вдоль и поперек, многажды экспериментально проверена и появляется в куче разных физических экспериментах. Но, оказывается (и я не знаю, как я это упустил) объяснение выше — не единственное.
Силы ван дер Ваальса возникают на очень малых расстояниях между атомами или молекулами. Они возникают из-за колебаний плотности заряда: любой нейтральный атом может стать ненадлого заряжен отрицательно с одной стороны и будет притягивать положительные заряды. Эти силы фундаментальны во взамодействиях молекул, но проявляются и для макроскопических тел (например, гекконы ползают по стенам используя именно силу притяжения ван дер Ваальса).
Так вот, если посчитать, окажется, что такая сила в точности объясняет силу Казимира, не прибегая к вакуумной энергии. А без этого объяснения у нас, кажется, нет больше прямых наблюдений влияния вакуумной энергии на что-либо. Такие дела, не знаю уж, что и думать теперь.