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改变世界的科技——卡西米尔效应

(2018-01-28 16:58:16)
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分类: 光子•量子

改变世界的科技——卡西米尔效应

阳眼看世界 2015-08-18 22:16:20

卡西米尔效应是由荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔于1948年提出的一种现象,此效应随后被侦测到,并以卡西米尔为名以纪念他。

改变世界的科技——卡西米尔效应卡西米尔效应就是在真空中两片平行的平坦金属板之间的吸引压力。这种压力是由平板之间空间中的虚粒子(virtual particle)的数目比正常数目小造成的。这一理论的特别之处是,“卡西米尔力”通常情况下只会导致物体间的“相互吸引”,而并非“相互排斥”。

改变世界的科技——卡西米尔效应大多数人认为,真空是空荡荡的。但是,根据量子电动力学,没有比这种观点更加荒谬的了。实际上,真空中到处充满着称作“零点能”的电磁能。“零点能”中的“零”指的是,如果把宇宙温度降至绝对零度(宇宙可能的最低能态),部分能量就可能保留下来。实际上,这种能量是相当多的。物理学家对究竟有多少能量仍存在分歧。

改变世界的科技——卡西米尔效应

1948年荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔提出了一项检测这种能量存在的方案。从理论上看,真空能量以粒子的形态出现,并不断以微小的规模形成和消失。在正常情况下。真空中充满着几乎各种波长的粒子,但卡西米尔认为,如果使两个不带电的金属薄盘紧紧靠在一起,较长的波长就会被排除出去。接着,金属盘外的其他波就会产生一种往往使它们相互聚拢的力,金属盘越靠近,两者之间的吸引力就越强,这种现象就是所谓的卡西米尔效应。1996 年,物理学家首次对它进行了测定,实际测量结果与理论计算结果十分吻合。

改变世界的科技——卡西米尔效应

平行板电容器在辐射场真空态中存在吸引力的现象称为卡西米尔效应。考虑一个辐射的电磁场,根据波粒二象性,辐射场可以看作是光子气,而光子气可看作是电磁辐射场的简谐振动。电磁场量子化后,可把辐射场哈密顿写成二次量子化的形式。可见对每个振动模式,都有零点能(真空能)存在,这个结果是引入场量子化后的自然结果。由于真空能量的存在可以带来实验可观测的物理效应——卡西米尔效应。考虑一对距离为a的平行板电容器放在辐射场中,边界条件为:随平行板距离的增大,所允许的振动模式越多,因此平行板电容器之间由于真空能量的存在而存在一种吸引力——卡西米尔力。反之如果认为不存在真空能,则没有这种力。

改变世界的科技——卡西米尔效应

目前,对于卡西米尔效应的深入探究还在继续。但是卡西米尔效应对于计算机芯片的设计,量子力学的研究,虫洞的研究,量子空间场论的研究等都具有极为重要的意义。当然,还有很多人指望通过卡西米尔效应实现永动机的制造。

改变世界的科技——卡西米尔效应  https://www.toutiao.com/i5172416214/

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