عندما يقوم الساحر أولاً بإخراج أرنب حي من قبعة فارغة تمامًا، ثم الزهور، وفي النهاية يبدأ في سحب شريط لامع لا نهاية له، يصفق الأطفال الأذكياء بالطبع بحماس، لكنهم يعرفون أن كل هذا محض خداع. إنهم يفهمون جيدًا أنه لا يمكنك الحصول على شيء من لا شيء. كل هذه الأرانب والزهور والأشرطة كانت مخبأة بالفعل في مكان ما مسبقًا، وكانت "المعجزة" بأكملها في أيدي الساحر الماهرة.

حسنًا، الآن دعونا نرى الأداء الحقيقي الذي يقدمه الساحر والساحر الحقيقي - الطبيعة. أولا، دعونا نهيئ المسرح. دعونا نزيل كل هذه المنازل والغابات والجبال. دعونا نزيل الشمس والأرض وجميع أنواع السدم. ثم سنتعامل مع الجزيئات والذرات والجسيمات الأولية المتبقية. وفي الوقت نفسه، دعونا نتخلص من المجالات: الكهرومغناطيسية، والجاذبية، وبشكل عام كل ما يأتي في طريقنا. الآن تم إعداد المسرح. ما تبقى هو، حسنًا، قبعة فارغة تمامًا - فراغ مادي مطلق. الآن يأتي طريق الطبيعة للخروج. في يديها لوحتان معدنيتان مسطحتان محايدتان تمامًا، تبدأان فجأة، دون سبب واضح، في جذب بعضهما البعض. يرجى ملاحظة - هذه خدعة حقيقية! بعد كل شيء، لقد دمرنا جميع المجالات مقدما، بما في ذلك المجالات الكهرومغناطيسية والجاذبية. كيف إذن تتمكن هذه السجلات من الشعور ببعضها البعض على مسافة؟ وبطبيعة الحال، فإن التجاذب بين اللوحين ضعيف جدًا جدًا، لكنه موجود! نؤكد: هذا ليس خيالا، هذه حقيقة مثبتة تجريبيا. ويسمى هذا التأثير تأثير كازيمير. من أجل فهم جوهر هذه الخدعة، دعونا ننظر وراء الكواليس ونحاول "فضح" الطبيعة. للقيام بذلك، ما عليك سوى اتخاذ بضع خطوات.

الخطوةالاولى. هنا مهمة بسيطة: إعطاء كرة من الكتلة معلى ربيع عديم الوزن مع تصلب ك. والسؤال هو، عند أي قيم زخم الكرة وإحداثياتها تأخذ طاقة النظام أصغر قيمة وما تساوي هذه القيمة؟ من وجهة نظر ميكانيكا نيوتن الكلاسيكية، الجواب واضح. لو الخامس- السرعة و سهو إحداثيات الكرة، فإن إجمالي الطاقة الميكانيكية للنظام له الشكل

عن طريق وضع تعسفي القيم الأوليةل الخامسو سنحصل على الحركة ببعض الطاقة المحددة. بسبب ال الخامسو سيمكن اختيارها بشكل مستقل وحسب الرغبة، ويعتمد التعبير عن الطاقة على مربعات هذه الكميات، فأصغر قيمة للطاقة هي صفر. ومن الواضح أنه عند الطاقة صفر، كانت السرعة والإحداثيات مساويتين للصفر في اللحظة الأولى من الزمن وستظلان مساويتين للصفر في جميع اللحظات اللاحقة من الزمن وفقا لقانون حفظ الطاقة. لذلك، حصلنا على الجواب: حالة المذبذب الكلاسيكي، المقابلة للحالة ذات الحد الأدنى من الطاقة الممكنة، هي حالة من الراحة المطلقة. للأسف، نحن لا نحلم إلا بالسلام. الطبيعة لها وجهة نظرها الخاصة في حل هذه المشكلة المدرسية. لقد أعلنت لنا الطبيعة، خاصة عندما يتعلق الأمر بإلكتروناتها البوزيترونية المحبوبة، والذرات والجزيئات المختلفة، أنها لا تعيش وفقًا لقوانين نيوتونية، بل وفقًا لقوانينها الكمومية. تنص ميكانيكا الكم على أنه لا يمكن لأي نظام أن يكون في حالة من السكون المطلق، وهذا هو الاستنتاج ميكانيكا الكمتم تأكيده تجريبيا!

أصبحت مهمتنا البسيطة فجأة أكثر تعقيدًا. الآن، حتى في الحالة الأرضية - الحالة ذات الحد الأدنى من الطاقة - يجب أن يكون النظام ببساطة في حركة مستمرة. في الواقع، ترتعش كرتنا (أو، كما يقولون "علميًا"، تتأرجح) حول موضع التوازن. وبطبيعة الحال، فإن سعة هذه التذبذبات صغيرة جدًا جدًا. الطبيعة وحدها هي التي تستطيع "رؤية" شيء صغير جدًا. ولا تستطيع العين البشرية تمييز الظواهر التي تحدث على هذا النطاق الصغير. ولهذا السبب نعيش بهدوء وسعادة في العالم النيوتوني الصحيح، ولا يتعرض منزلنا لأية تقلبات «كمية». إنه يقف متجذرًا في المكان ويقف.

ولكن دعونا نعود إلى مهمتنا. لنأخذ الخطوة الثانية. صحيح، كيف نفعل ذلك، ما الذي يتعين علينا القيام به للعثور على الحد الأدنى من قيمة الطاقة، وفقا لقواعد ميكانيكا الكم؟ القاعدة الأولى في ميكانيكا الكم تقول: ليس لدينا الحق في اختيار قيم زخم الكرة وإحداثياتها كما نشاء. لنفترض أننا نعرف بطريقة ما القانون الذي تتحرك به الكرة في حالة ذات طاقة ضئيلة. (مثل هذه الحالة في ميكانيكا الكم تسمى الحالة الأساسية.) ثم يمكننا حساب انحراف الجذر المتوسط ​​عن متوسط ​​موضع التوازن. د س 2 وقيمة الجذر التربيعي لمتوسط ​​قيمة النبض. د ص 2. ويعني الشريط أننا نقوم بمتوسط ​​هذه القيم خلال فترة التذبذب. ووفقا لمفاهيم ميكانيكا الكم، ترتبط هذه الكميات بالعلاقة

حيث (ح) هو ثابت بلانك الشهير.

تذكر هذه النسبة! إنه يلعب دورًا رئيسيًا في التعقيدات الملحوظة التي تقدمها لنا الطبيعة بدلاً من الإنشاءات الكلاسيكية البسيطة التي لا لبس فيها. تسمى عدم المساواة () علاقة عدم اليقين.

لذا، القاعدة الثانية: لحساب طاقة الحالة الأرضية، يجب علينا استخدام علاقة عدم اليقين. دعونا نفعل الحسابات المقابلة. وبما أننا ندرس التذبذبات الصغيرة بالقرب من موضع التوازن، فقد حددنا القيمة المتوسطة. د س 2 ~ س 2، متوسط. د ص 2 ~ ص 2. ومن الغريب، ولكن التعبير عن كاملة الطاقة الميكانيكيةقررت الطبيعة أن تترك الأمر دون تغيير. الشرط الوحيد هو أنه في هذا التعبير، يجب أن يكون الزخم والموقع مرتبطين دائمًا بعلاقة عدم اليقين. لو افترضنا ذلك ص 2 · س 2 ~ (ح) 2 /4 فإن الطاقة الكلية هي دالة لمتغير واحد فقط. في الواقع، مع مراعاة المساواة ()، نحصل عليها

طاقة الحالة الأرضية هي أدنى قيمةالمهام ه = ه(س). لإيجاد هذه القيمة، نطبق المتباينة بين الوسط الحسابي والوسط الهندسي لعددين موجبين. لدينا

وتتحقق المساواة عندما

حيث ث = ( ك/م) 1/2 .

وبطبيعة الحال، فإن الحل الدقيق لمشكلة طاقة الحالة الأساسية للمذبذب أكثر تعقيدا بكثير ويتجاوز نطاق الرياضيات المدرسية. شيء آخر مثير للاهتمام: النتيجة التي حصلنا عليها تتطابق مع النتيجة المحددة! بالمناسبة، هذه ليست حالة نادرة في الفيزياء عندما تؤدي التقديرات البسيطة إلى الإجابة الصحيحة.

وعلى الرغم من بساطة هذه النتيجة والسهولة غير العادية التي حصلنا عليها بها، إلا أنها بطريقة جيدة ينبغي تأطيرها وتعليقها على الحائط بجوار معادلة أينشتاين ه = ممع 2. بعد كل شيء، فإنه يغير أفكارنا بشكل جذري حول ما هو عليه عندما لا يكون هناك شيء.

بالمناسبة، ما الذي نتحدث عنه؟ لماذا بدأنا فجأة في حل مشكلة المذبذب، إذا كنا في البداية تحدثنا طويلا وبشكل جميل عن الفراغ المطلق؟ لا، لم يكن عبثا أننا أجرينا هذه الحسابات. تذكر: الفراغ هو الغياب التام لأي شيء. ومن هذا المنطلق قمنا بإعداد المسرح لإظهار تأثير كازيمير. قمنا بإزالة الجسيمات والحقول بعناية، أي. خفضت طاقة الكون. في الواقع، كان هناك جسيم، وكانت هناك طاقة أينشتاين مولودية 2. اختفى الجسيم - انخفضت الطاقة الإجمالية للنظام بهذه الكمية. كان هناك مجال كهرومغناطيسي (أي كان هناك زوج لا ينفصل: كهربائي هبالإضافة إلى المغناطيسي بالمكونات) - كانت هناك طاقة

(هنا e 0 و m 0 هما الثوابت الكهربائية والمغناطيسية، ه- التوتر الكهربائي، و ب- تحريض المجالات المغناطيسية). ذهب حقل كهرومغناطيسيمما يعني أن الطاقة الإجمالية لمشهدنا - الكون - قد انخفضت مرة أخرى. منصتنا، الفراغ المجهز للأداء، هي في جوهرها وبحكم تعريفها، حالة ذات الحد الأدنى من الطاقة الممكنة. في مشكلتنا التذبذبية، الحالة الأساسية هي هذا الفراغ "المتذبذب". صحيح أن إجابتنا كانت غريبة. لقد أرادوا الحصول على الفراغ، وغياب شيء ما، لكن ما حصلوا عليه كان نوعًا من الارتعاش غير القابل للتدمير. بدافع من حقيقة أنها تعيش وفقًا لقوانينها الكمية وأن نيوتن ليس مرسومها، قامت الطبيعة بإخفاء الطاقة (ح) مع /2 في جعبتها، وبالتالي، فإن قبعتها "المذبذبة" ليست فارغة بأي حال من الأحوال. هناك شيء ما يتقلب طوال الوقت، ويتغير، ويعيش، على الرغم من أننا، الجمهور، لا نراه. والحقيقة هي أنه وفقًا لنفس قواعد ميكانيكا الكم للعبة، يمكننا "الرؤية"، أي. لاحظ فقط القيمة المتوسطة لأي كمية. بالنسبة للارتعاش الذي اكتشفناه، أو كما يطلق عليه التذبذب الصفري، فإن متوسط ​​قيم كل من النبضة والإحداثيات يساوي الصفر. خطوة إلى اليمين، وخطوة إلى اليسار، ونتيجة لذلك تبقى في المنتصف. بشكل عام، لا يوجد شيء مرئي، ولكن هناك شيء يتحرك هناك.

وبما أن الطبيعة تعثرت وخدعت ذات مرة، فلا يمكنك الوثوق بها. فسمحنا لها باللعب بالمجال الكهرومغناطيسي، ومن ثم حاولنا أخذ هذه اللعبة منها، أي. أراد الحصول على حالة بأقل قدر من الطاقة. حسنًا، من المحتمل أنها أخفت شيئًا هنا أيضًا! والسؤال الوحيد هو كم؟ اتضح أن الإجابة موجودة في المسألة التي قمنا بحلها بالفعل بشأن كرة موضوعة على زنبرك.

نحن نعلم من المدرسة أنه إذا قام النظام بإجراء تذبذبات توافقية، فإن طاقته لها الشكل الذي كتبناه أعلاه لطاقة الكرة. كل ما عليك فعله هو أن تتذكر أن "الإحداثيات" أصبحت الآن متغيرًا يصف الانحراف عن موضع التوازن. على سبيل المثال، بالنسبة للبندول الرياضي، بدلا من سنحن بحاجة إلى وضع زاوية الانحراف عن العمودي q في تعبيرنا، وبدلاً من السرعة - D q / D ر. لدائرة تذبذبية بدلا من ذلك ستحتاج إلى استبدال تهمة سوبدلا من السرعة - التيار ي. وبطبيعة الحال، اعتمادا على الوضع، فإن معنى الثوابت سوف يتغير. ك, م.

في حالة المجال الكهرومغناطيسي، من الممكن التفكير بشكل مختلف: إن نظير طاقة الكرة هو طاقة الموجة الكهرومغناطيسية

في مسألة الكرة، إذا كان الزخم أكبر، فإن الإحداثيات أصغر، وتتأرجح مع التحول. ويحدث نفس الشيء في الموجة الكهرومغناطيسية: مكون مغناطيسي أكثر - كهربائي أقل، وبالتالي يتدفقان مع بعضهما البعض. هذا مشابه جدًا للكرة الموجودة على الزنبرك، وسيكون من الممكن بدلاً من ذلك على الفور سو صيكتب هو ب. ويرتبط تردد هذه التذبذبات بطول الموجة الكهرومغناطيسية l بالعلاقة المعروفة

من الواضح أنه لا توجد مثل هذه المذبذبات الأولية في الطبيعة، لأن الأطوال الموجية المسموح لها بالوجود ليست محدودة بأي شكل من الأشكال. ويمكن أن يصل طولها إلى كيلومتر واحد (موجات الراديو)، أو يمكن أن تكون أطول من ذلك بكثير. هناك أيضًا مقاطع قصيرة جدًا في المجموعة، وفقًا لترتيب المسافة الخلالية شعرية الكريستال(الأشعة السينية)، وهناك أيضًا أشعة أقصر بكثير. من كل موجة كهرومغناطيسية، أي. من كل مذبذب له تردد التذبذب الخاص به ث، الطبيعة، كما رأينا بالفعل، اختبأت الطاقة (ح) ث /2. وفي الوقت نفسه، تراكمت لديها الكثير. يتم التعبير عن إجمالي الطاقة المتبقية بعد "التطهير"، عندما تبدو الحقول الملحوظة والملموسة قد اختفت، بمجموع

علاوة على ذلك، يجب إجراء الجمع على جميع الأطوال الموجية. يمكنك التأكد من أن هذا المبلغ يساوي ما لا نهاية!

هذا هو احتياطي الطاقة! وما بالمقارنة بهذا فهو شيء تافه، يساوي الطاقة المخزنة في النفط في بحر قزوين أو الإمارات العربية. والطاقة النووية والحرارية لا يمكنها منافسة هذا الاحتياطي. اللانهاية هي اللانهاية. إذا كنت تعتقد أن هذا كل شيء، فأنت مخطئ بشدة. ومن وجهة النظر الكمومية، فإن أي جسيم هو أيضًا موجة. إذا كان الأمر كذلك، فإن كل جسيم يرتبط بمجاله الخاص، واهتزازاته الخاصة، ويمكن أيضًا أن يخفي من كل جسيم طاقة تساوي (h)w /2. لم تعد هذه قبعة، بل نوع من المرجل العملاق الذي يغلي فيه كل واحد منهم، ويرتجف، ويظهر ويختفي مرة أخرى. الجسيمات الأولية(حتى تلك التي لا نعرف عنها شيئًا بعد)، وناقشنا هنا الفوتونات فقط. من حيث المبدأ، يمكن حتى سحب هذه الجزيئات من هذا المرجل إلى ضوء النهار وجعلها "حقيقية"، أي. يمكن ملاحظتها.

يمكن تعطيل عدم وجودهم الفراغي باستخدام طريقة Balda التقدمية لتدريب الشياطين في البحيرة على أن يكونوا حكيمين. تحتاج فقط إلى إعطاء هذه القبعة صدعًا جيدًا (يبدو علميًا - لتزويد النظام بكمية كافية من الطاقة) وسوف تتساقط الجزيئات، كما لو كانت من الوفرة. لشرح تأثير كازيمير، نحتاج إلى اتخاذ الخطوة الأخيرة، الصغيرة جدًا. عليك فقط أن تتذكر ما هو الرنان. بشكل عام، هذا هو نفس الجهاز الذي لا يستجيب لجميع الموجات، ولكن فقط لتلك التي لها طول موجي مناسب وحجم مرغوب. ومن خلال إدخال الصفائح المعدنية في الفراغ، خلقت الطبيعة مرنانًا. الآن أصبح الفراغ مضطربًا (تأثير بالدا مرة أخرى!). شعرت تلك الاهتزازات الصفرية بعدم الارتياح الشديد موجات كهرومغناطيسية، حيث لا يتناسب عدد صحيح من أنصاف الموجات مع الفجوة بين اللوحات. والسبب كما تعلمون دورة المدرسةفي الفيزياء، المجال الكهرومغناطيسي لا يخترق المعدن. وبالتالي، يتم طرد الموجات التي لا تصطدم عقدتها باللوحة من هناك. الآن تغيرت طاقة الفراغ. فقط تلك النصفين التي ل = أ/ن، أين ن- عدد صحيح تعسفي، أ- المسافة بين اللوحات .

إذن، الطاقة الإجمالية للفراغ مع الألواح تساوي الآن

بالطبع، من وجهة نظر عادية، فإن طرح اللانهاية من اللانهاية هو مهمة سخيفة تمامًا. ومع ذلك، فإن ما أصبح الفيزيائيون ماهرين فيه هو القدرة على إجراء العمليات الحسابية مع اللانهاية. بالنسبة لعالم الفيزياء النظرية، حتى لو كان مبتدئًا، أن يطرح اللانهاية من اللانهاية ويظل يحصل عليها الرقم النهائي(وما يمكن ملاحظته والتحقق منه تجريبيا) هو قطعة من الكعكة. الجواب على مشكلتنا هو النموذج

إن طريقة تحقيق هذه النتيجة، على الرغم من تشابهها مع الخدع السحرية، إلا أنها بسيطة بشكل مدهش. من أجل فهم التلاعب الرسمي باللانهايات، يجب أولاً أن تكون المبالغ محدودة. لنفترض أنه لا توجد موجات قصيرة جدًا، أي: في مجموع l سنقتصر على l > l 0 فقط. وفقا لذلك، في المجموع نسوف تضطر إلى الحد من نفسي ن < أ/ ل 0 . الآن دعونا نحسب الفرق. سوف تصبح وظيفة التشذيب l 0 . إذا أخذنا قيمًا أصغر وأصغر لـ l 0 ورسمنا هذه الدالة، فسيتبين أنها تميل إلى ذلك حد محدودلـ l0 ® 0. هذا الإجراء، الذي يسمى إعادة التطبيع أو التسوية، يؤدي إلى النتيجة المذكورة أعلاه.

والنتيجة التي تم الحصول عليها هي نتيجة الديناميكا الكهربائية "أحادية البعد". لا يمكن لموجاتنا أن تنتشر إلا في اتجاه واحد، وهو الاتجاه العمودي على الألواح. في الواقع، على الرغم من أن الصفائح مسطحة، إلا أن المشكلة ثلاثية الأبعاد. يمكن للموجات الكهرومغناطيسية (حتى في شكل تذبذبات نقطة الصفر) أن تنتشر في ثلاثة اتجاهات. وهذا لا يغير جوهر المسألة، بل نحتاج فقط إلى تعديل طفيف في حساباتنا.

تبدو الإجابة النهائية لمسألة ثلاثية الأبعاد كما يلي:

أين س- منطقة اللوحة .

ماذا تفعل الآن بهذا التعبير؟ حسنًا، أولاً، من الواضح أنه عندما تقترب الصفائح من بعضها البعض (تتناقص أ)، د هيتناقص (علامة الطرح!). وبالتالي، كلما اقتربت اللوحات، كلما كانت أكثر ملاءمة للطاقة. تذكر الصف التاسع: الطاقة الكامنة شالحجر في مجال الجاذبية على ارتفاع سيساوي mgx. اخفض الحجر وستنخفض طاقته. لكنك تعلم أن الأرض تجذب الحجارة! وبالتالي، فإن انخفاض الطاقة الكامنة مع اقتراب الأجسام من بعضها البعض يشير إلى تجاذبها المتبادل. كيف يمكن استخلاص هذه القوة من الطاقة؟ نعم، بسيط جدا. بالنسبة لمشكلة "الحجر"، دعونا نعوض الفارق

ظهرت علامة الطرح لأن القوة هي كمية متجهة، ووفقا لهذه القاعدة نجد إسقاط القوة على محور الإحداثي السيني. في مسألة "الحجر"، باستخدام هذه الصيغة سنحصل على - ملغ، أي. كما ينبغي أن يكون - يتم توجيه القوة إلى الأسفل نحو الأرض.

باستخدام هذا الإجراء، من السهل العثور على القوة التي تنجذب بها الصفائح:

وقد تم بالفعل اكتشاف هذا الجذب تجريبيا. أولئك الذين يعرفون كيفية أداء الحيل هم مجربون! لقد تمكنوا من تطهير مسرحهم من كل التفاعلات والشعور بالتأثيرات المرتبطة بالفراغ المطلق، والذي يبدو في حد ذاته بمثابة معجزة. ل س= 1 سم2، أ= 0.5 ميكرومتر، كانت القوة الجاذبة 2·10 - 6 نيوتن، وهو ما يتوافق جيدًا مع الصيغة النظرية المعطاة.

يرجى ملاحظة: التعبير عن القوة لا يشمل ثابت التفاعل الكهرومغناطيسي على الإطلاق (لا يوجد ه- شحنة الإلكترون)، وهذا على الرغم من أننا تحدثنا عن المعدن والمجال الكهرومغناطيسي المتفاعل معه. هذه الحقيقة هي التي تسمح لنا بالنظر إلى تأثير كازيمير كتأثير لاستقطاب الفراغ بسبب الظروف الحدودية (الصفائح). يوجد هنا تشابه كامل مع استقطاب العازل في مجال كهربائي خارجي. يمكن للمرء حتى وصف هذه الظاهرة عن طريق إدخال ثابت العزل الكهربائي للفراغ e. فقط لا تخلط بينه وبين e 0، الذي تم إدراجه في جميع القوانين الكهربائية في نظام SI، والذي نشأ فقط بسبب ارتباكنا في تحديد وحدة الشحن. إن فراغنا e هو خاصية فيزيائية حقيقية تصف استجابة الفراغ للمؤثرات الخارجية.

الآن وصلنا إلى النهاية. كما هو متوقع، الطبيعة هي نفس الساحر والمخادع. لقد اقتنعنا مرة أخرى بصحة الحكمة الدنيوية، أنه إذا لم يكن هناك شيء، فلا يوجد شيء. ومع ذلك، لم تكن مهمتنا هي الإمساك بالطبيعة بيدنا، بل معرفة كيفية عمل كل شيء. كما هو الحال دائما، عند الدراسة ظاهرة طبيعيةوالسؤال الذي يطرح نفسه: هل يمكن الاستفادة من هذا العلم؟ هل من الممكن استخدام هذا بطريقة أو بأخرى؟ بعد كل شيء، الطاقة، بغض النظر عن مكان تخزينها، هي طاقة وببساطة يجب أن تقوم ببذل شغل. إذا كنا قد تعلمنا استخراج الطاقة المخزنة ليس فقط في النفط، ولكن أيضًا في النواة الذرية، فلماذا لا نحاول استخلاصها من آبار مفرغة لا نهاية لها. وبالفعل يتم تنفيذ مثل هذه التجارب. أنت، بالطبع، تدرك أننا في هذه الحالة لا نتحدث عن إنشاء أجهزة عملية مثل الموقد أو المفاعل، ولكن عن استكشاف الإمكانية الأساسية لاستخدام هذه الطاقة.

من يعتقد أن خصائص الفراغ تقتصر على تأثيرات مشابهة لتلك الموصوفة فهو مخطئ بشدة. يتداخل الفراغ اللامتناهي والموجود في كل مكان باستمرار مع الظواهر سواء في العالم المصغر أو في شؤون الكون. في العالم المصغر، تُجبر الجسيمات المرصودة ببساطة على العيش في هذا المرجل المغلي ذو التذبذبات الصفرية. لقد ناقشنا بالفعل حقيقة أنه، من حيث المبدأ، في هذا الفراغ، يمكن للمرء أن يجد جميع الجسيمات الأولية وبكميات غير محدودة. إذا كان لجسيم ما جسيم مضاد (يحتوي الإلكترون على بوزيترون)، فإن حياتهما الفراغية تستمر معًا. التذبذبات الصفرية بالنسبة لهم تتمثل في حقيقة أن زوجًا من الجسيمات والجسيمات المضادة ينشأ ، ومن ثم يدمر الجسيم والجسيم المضاد بشكل متبادل - يبيدان. لذلك يتبين أنهم يبدون موجودين، لكنهم لا يبدو أنهم موجودون. تسمى الجسيمات في هذه الحالة افتراضية.

تخيل الآن: أن جسيمنا الحقيقي الذي يمكن ملاحظته يطير (فليكن إلكترونًا)، وفي مكان قريب - غرغرة - غرغرة - ستنشأ أزواج افتراضية أو تنهار. غالبًا ما يحدث أن تخلط الطبيعة بين الجسيمات الافتراضية والجسيمات الحقيقية - ففي النهاية، جميع الجسيمات متطابقة ولا يمكن تمييز إلكترون واحد عن الآخر. لذلك، نشأ زوج افتراضي بالقرب من إلكترونك، لكن الجسيم المضاد أربك شريكه الافتراضي وأباده مع الجسيم الحقيقي. أنت تدرك أن الإلكترون الافتراضي ليس لديه خيار سوى القيام بدور الجسيم الحقيقي. ونتيجة لذلك، يحدث شيء لا يمكن تصوره أمام أعيننا: كان هناك جسيم حقيقي في مكان ما، وفجأة انتهى به الأمر في مكان آخر. نوع من النقل الآني. تم التنبؤ نظريًا بـ "ارتعاش" مدار الإلكترون في الذرة والتحقق منه تجريبيًا (تحول لامب). لماذا نتحدث عن تفاهات ذرية مختلفة، في حين أن الطاقة اللانهائية المخزنة في الفراغ تسمح لها بمنافسة الأرقام الكونية. ومن المحتمل جدًا، وقد تم التعبير عن مثل هذه الفرضيات، أن الفراغ هو الذي حدد ويحدد تطور الكون. يبدو أن استخدام الفراغ بخصائصه غير العادية هو وحده القادر على كبح الثقوب السوداء ومنعها من الانكماش إلى نقطة رياضية غير فيزيائية. لذا، هناك الكثير من العمل الذي يجب القيام به في الفراغ، وبالتالي (نقلاً عن يا. بي. زيلدوفيتش) يمكن القول بأنه «لا يوجد تهديد بالبطالة بالنسبة للمنظرين الذين يتعاملون مع المشكلات الفلكية».

كازيمير هندريك- عالم فيزياء هولندي، عضو الأكاديمية الهولندية للعلوم (1964)، رئيس أكاديمية العلوم (1973).

كان يعمل لدى بور في كوبنهاغن وفي زيورخ لصالح باولي. يعمل في مجال ميكانيكا الكم، الفيزياء النووية، فيزياء درجات الحرارة المنخفضة، الموصلية الفائقة، الديناميكا الحرارية، المغناطيسية، الرياضيات التطبيقية.

في عام 1934، قام مع K. Gorter بتطوير النظرية الظاهرية للموصلية الفائقة (نموذج Casimir-Gorter). وفي عام 1936، قام ببناء نظرية الكم لتفاعل النواة مع المجالات الكهربائية والمغناطيسية في الذرات والجزيئات. في عام 1942 قام بتطوير نظرية مفصلة للتفاعلات المغناطيسية ذات الأقطاب الثمانية. قدم مع دو بري مفهوم درجة حرارة الدوران في عام 1938، حيث فصل درجات حرية الدوران إلى نظام فرعي ديناميكي حراري منفصل.

1. V. V. موستيبانينكو، N. N. ترونوف.تأثير كازيمير وتطبيقاته. موسكو، إنرجويزدات، 1990.

3. إس هوكينج.من الانفجار الكبير إلى الثقوب السوداء: تاريخ موجز للزمن. م، مير، 1990.

تأثير كازيمير.

في عام 1999، كان بعض أصدقائي يعملون في إنتاج مساحيق معدنية بحجم نانومتر. لماذا هذا مطلوب من وجهة نظر تجارية ليس مهمًا هنا. تم استخدام تقنيات مختلفة، وكان أحدها تكثيف الأبخرة المعدنية في ظروف مختلفة. ثم يتم نقل هذا المسحوق إلى مفاعل آخر لاستخدامه. كما تفهم، فإن المادة غير عادية للغاية من حيث الخصائص. كان الرجال في الغالب علماء مواد وكيميائيين من خلال التدريب. وهكذا توصلوا إلى حقيقة أن تدفق هذا المسحوق لم يحدث كما كان ينبغي أن يحدث من وجهة نظر الفيزياء الكلاسيكية. يعتمد نوع التدفق بشدة على موصلية المسحوق، على الرغم من أن هذه جميعها كانت موصلات تتبادل الشحنات بسهولة عند ملامستها. لقد بدأوا في "الاختيار"، من وجهة نظرهم كان التأثير غير مفهوم. بدأوا في "تصفير" جميع أصدقائهم، وجاء دوري. أنا أيضًا لم أتمكن من معرفة نوع التأثير الذي يتداخل معه هذا، ولكن على طول "السلسلة" قمت بنقلها إلى الفيزيائيين.

تم فتح النعش ببساطة - تأثير كازيمير. لن أعيد كتابة شرح هذا التأثير الموجود على ويكيبيديا. سأحضره فقط.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Casimir_Effect

"تأثير كازيمير هو تأثير يتكون من التجاذب المتبادل لتوصيل الأجسام غير المشحونة تحت تأثير التقلبات الكمومية في الفراغ. غالبًا ما نتحدث عن سطحين متوازيين غير مشحونين يقعان على مسافة قريبة، ولكن تأثير كازيمير موجود أيضًا في الأشكال الهندسية الأكثر تعقيدًا. سبب تأثير كازيمير هو تقلبات الطاقة في الفراغ الفيزيائي بسبب الولادة المستمرة واختفاء الجسيمات الافتراضية فيه. تم توقع هذا التأثير من قبل الفيزيائي الهولندي هندريك كازيمير (1909-2000) في عام 1948، وتم تأكيده تجريبيًا لاحقًا.

جوهر التأثير

وفقا لنظرية المجال الكمي، فإن الفراغ الفيزيائي ليس فراغا مطلقا. تولد وتختفي باستمرار أزواج من الجسيمات الافتراضية والجسيمات المضادة - تحدث تذبذبات (تقلبات) مستمرة في المجالات المرتبطة بهذه الجسيمات. على وجه الخصوص، تحدث التذبذبات في المجال الكهرومغناطيسي المرتبط بالفوتونات. في الفراغ، تولد وتختفي الفوتونات الافتراضية المقابلة لجميع الأطوال الموجية للطيف الكهرومغناطيسي. ومع ذلك، في الفضاء بين أسطح المرآة المتقاربة، يتغير الوضع. عند أطوال رنين معينة (عدد كامل أو نصف عدد صحيح من المرات بين الأسطح)، يتم تضخيم الموجات الكهرومغناطيسية. على العكس من ذلك، يتم قمعها في جميع الأطوال الأخرى الأكبر (أي يتم قمع ولادة الفوتونات الافتراضية المقابلة). ونتيجة لذلك يتبين أن ضغط الفوتونات الافتراضية من الداخل على السطحين أقل من الضغط الواقع عليهما من الخارج، حيث لا يقتصر ولادة الفوتونات بأي حال من الأحوال. كلما اقتربت الأسطح من بعضها البعض، قل رنين الأطوال الموجية بينها وزاد قمعها. ونتيجة لذلك، تزداد قوة التجاذب بين الأسطح.

يمكن وصف هذه الظاهرة مجازيًا بأنها "ضغط سلبي"، عندما يُحرم الفراغ ليس فقط من الجسيمات العادية، ولكن أيضًا من بعض الجزيئات الافتراضية، أي "تم ضخ كل شيء وأكثر من ذلك بقليل".

في حالة الهندسة الأكثر تعقيدًا (على سبيل المثال، التفاعل بين الكرة والمستوى أو التفاعل بين الكائنات الأكثر تعقيدًا) القيمة العدديةوتغير إشارة المعامل، وبالتالي فإن قوة كازيمير يمكن أن تكون قوة جذب وقوة تنافر في نفس الوقت.

نهاية الاقتباس.

هذه الحالة جديرة بالملاحظة من حيث أن السلوك بدا محضًا نظام ميكانيكي- تبين أن المسحوق المعدني مرتبط بالتأثيرات الكمومية وواحدة من عواقبها الأقل فهمًا، كما يبدو لي، بالنسبة للكثيرين - الجسيمات الافتراضية.

يمكن أن يصل تأثير كازيمير إلى قيم كبيرة، ولكن فقط على مسافات أقل من مائة نانومتر. لذلك، على الرغم من حقيقة أن هندريك كازيمير تنبأ نظريًا بهذا التأثير في عام 1948، إلا أن التأكيد التجريبي له ظهر فقط في عام 1997 (بعد 49 عامًا). كان على تأكيد تأثير التنافر الذي اكتشفه يفغيني ليفشيتز في عام 1956 أن ينتظر 53 عامًا - ولم يتم تأكيده إلا في عام 2009.

تبين أن الفراغ "الفارغ" الذي كان موجودا في الميكانيكا الكلاسيكية ليس فارغا إلى هذا الحد: فعند دراسة تأثيرات ميكانيكا الكم، تبين أنه مملوء بأزواج من الجسيمات الافتراضية التي تتشكل وتفنى فيما بينها بشكل مستمر. علاوة على ذلك، إذا قمت بوضع لوحين متوازيين من الموصلات على مسافة قريبة جدًا التيار الكهربائي، فإن الجزيئات المتكونة في هذه الحالة سوف تنطفئ بسبب تأثير تداخل الموجات. كلما كانت الصفائح أقرب، كلما بقي عدد أقل من الجسيمات الافتراضية بينها، بينما في البيئة الخارجية سيبقى عددها كما هو (بالإضافة إلى الضغط الذي تنتجه)، مما سيخلق قوة أكبر بشكل متزايد تهدف إلى جذب الصفائح.

نظير لهذه الظاهرة، يعتمد على تداخل الأمواج في البيئة المائية

تأثير الجذب

على مسافة 10 نانومتر بين اللوحات، يمكن لهذه القوة أن تخلق ضغطًا قريبًا من الغلاف الجوي، ولكن نظرًا لانخفاض قوتها إلى 4 قوى من المسافة، يصبح من الصعب تسجيل قيمتها على مسافة 100 نانومتر بالفعل. تم اقتراح هذا التأثير لاستخدامه في العديد من الأنظمة الميكانيكية النانوية وحتى كبديل للمادة الغريبة وتثبيت الثقوب الدودية.

تأثير التنافر

في عام 1956، أظهر إيفجيني ليفشيتس أنه إذا تم ملء الفجوة بين سطحين بمادة عازلة، فإن هذه الظاهرة يمكن أن تغير علامتها. كانت التجربة الأولى التي تؤكد هذا التأثير هي ضغط كرة مطلية بالذهب يبلغ قطرها 40 ميكرون فقط على طبقة ذهبية ورقاقة سيليكون (لقياس تأثير الجذب والتنافر، على التوالي) موضوعة في وسط سائل - البروموبنزين. يشير مؤلفو هذا العمل، المنشور في مجلة Nature عام 2009، إلى أن خلط سائلين أو أكثر يمكن أن يسمح بالتنافر على مسافات قصيرة والتجاذب على مسافات طويلة، وهو ما سيسمح بدوره بإنشاء آليات ذات معامل احتكاك منخفض للغاية.

نتائج التجربة: الخط الأزرق يوضح نتائج قوة التنافر، والخط الأصفر يوضح نتائج قوة التجاذب. بالفعل على مسافة 80 نانومتر، تصبح القوى المقاسة مماثلة لأخطاء القياس.

تأثير ديناميكي

وتكمن هذه الظاهرة في أنه إذا تحركت المرآة بسرعة نسبية، فإن بعض الأزواج الافتراضية من الجزيئات لن يكون لديها وقت للفناء وتنفصل، وبالتالي تتحول إلى فوتونات حقيقية. تم توقع وجود مثل هذا التأثير في منتصف السبعينيات من قبل جوليان شوينجر وأكده العلماء في عام 2011. لإجراء التجربة، استخدموا مقياس التداخل الكمي فائق التوصيل، والذي يمكنه محاكاة مرآة كهرومغناطيسية تتحرك بسرعة 5٪ من سرعة الضوء. هذه الظاهرة لا تنتهك قانون الحفاظ على الطاقة (كما قد يبدو)، حيث يتم استهلاك الطاقة لتحريك المرآة. على هذه اللحظةولا يعتبر إلا نظام دفع افتراضي مشابه لذلك الذي يتم اختباره حاليًا في عدة أماكن في وقت واحد

منذ حوالي 50 عامًا، اكتشف هاينريش كازيمير أنه في الفراغ بين سطحين توجد قوة معينة، ويمكن لهذه القوة أن تحدث ثورة حقيقية في العلوم.

إذا أخذت مرآتين ووضعتهما في مكان فارغ يبدأ التجاذب بينهما لوجود فراغ بينهما. اكتشف كازيمير هذه الظاهرة عام 1948 عندما كان يدرس فيها المركز العلميفي أيندهوفن. سميت هذه الظاهرة بتأثير كازيمير، والقوة التي تنشأ بين مرآتين كانت تسمى قوة كازيمير.

لفترة طويلة كان يعتقد أن تأثير كازيمير لم يكن أكثر من مجرد نظرية مثيرة للاهتمام. ومع ذلك، ل مؤخراوهناك اهتمام متزايد بهذه الظاهرة. لقد ثبت أن قوة كازيمير تؤثر بشكل مباشر على الآليات المجهرية، وبفضل التقدم في المعدات التقنية، يمكن قياس هذه القوة بدقة متزايدة.

قد يكون هذا التأثير ذا أهمية للفيزياء الأساسية. هناك العديد من النظريات التي تنص على وجود أبعاد إضافية ممتدة في النظريات ذات الأبعاد العشرة والأحد عشر بعدًا. ووفقا لهذه النظريات، هناك انحراف معين عن الجاذبية النيوتونية القياسية على مسافات أصغر كسور من المليمتر. لذلك، من خلال قياس تأثير كازيمير، يمكن اختبار هذه الفرضيات.

دراسة كازيمير للمحاليل الغروية

أثناء عمله في مركز الأبحاث في أيندهوفن، قام كازيمير بدراسة الخصائص المميزة لهذه المواد ذات مؤشر اللزوجة العالي، والتي تحتوي على جزيئات بحجم ميكرون. يتم تحديد خصائصها بواسطة قوى فان دير فالس - وهي قوى تجاذب بعيدة المدى تنشأ بين الجزيئات والذرات المحايدة.

وأشار ثيو أوفربيك، زميل كازيمير، إلى أن نظرية فريتز لندن لوصف قوى فان دير فال لا يمكن أن تعطي تقييمًا صحيحًا للبيانات التجريبية. طلب من كازيمير العمل على هذه المشكلة. اكتشف كازيمير أنه من المستحيل وصف التفاعل الملحوظ بين جزيئين محايدين بشكل صحيح بناءً على حقيقة أنه ثابت.

وبعد هذا لاحظ العلماء ذلك هذه النتيجةيمكن وصفها إذا أخذنا في الاعتبار تقلبات الذرة. التقلب هو مصطلح يصف جميع أنواع التقلبات والتغيرات الدورية. ثم اعتقد العالم أنه بدلاً من جزيئين، يمكن تركيب مرآتين، بحيث تواجه جوانبهما العاكسة بعضها البعض. لذلك تنبأ بقوة الجذب الموجودة بين الصفائح العاكسة.

تأثير كازيمير الديناميكي

وفقا لنظرية الكم، الفراغ ليس فراغا عاديا. يتم ملاحظة تقلبات الطاقة بانتظام فيه - فالجسيمات الافتراضية والجسيمات المضادة تولد وتموت. إنهم قادرون على ممارسة الضغط. وتسمى هذه الظاهرة "تأثير كازيمير الثابت". وقد ثبت ذلك بالتجارب. ومع ذلك، من الناحية النظرية، هناك أيضا تأثير ديناميكي كازيمير - تحويل تقلبات الفراغ إلى جزيئات حقيقية (على سبيل المثال، الفوتونات). وهذا هو بالضبط التأثير الذي لاحظه العلماء.

مع تأثير كازيمير الديناميكي، يجب أن تتأرجح المرايا، ويجب أن تكون سرعتها قابلة للمقارنة مع سرعة الضوء. وللقيام بذلك، كان على الفيزيائيين تثبيت الأسطح المعدنية في مجال مغناطيسي قوي. وكان معدل اهتزاز هذا المجال أحد عشر مليار مرة في الثانية الواحدة. بدأت الأسطح تتشوه بسرعة كانت 5% من سرعة الضوء، وتم تسجيل ظهور الفوتونات عند الخرج. وبالحكم على خصائص الفوتونات، يمكن القول بأنها ظهرت في أزواج.

على مدى السنوات القليلة الماضية، حاول العلماء إثبات أن الناس لا يحتاجون إلى الاعتماد على الوقود الأحفوري على الإطلاق.

يزعمون أننا نواصل القتال من أجل مصادر الطاقة وتدميرها بيئةويضر الأرض الأم. إننا نواصل استخدام نفس الأساليب القديمة التي تدر تريليونات الدولارات لأولئك الذين يحتلون قمة صناعة الطاقة. تستمر وسائل الإعلام الخاصة بالشركات في الترويج لفكرة أننا نواجه أزمة طاقة، وأننا نقترب من مشكلة خطيرة بسبب نقص الموارد.

مفهوم طاقة نقطة الصفر

يجادل بعض العلماء بأن نفس المجموعة من المساهمين الذين يمتلكون صناعة الطاقة يمتلكون أيضًا وسائل إعلام خاصة بالشركة. يبدو أن هذا تكتيك خوف آخر وعذر آخر لعدم استخدام الطاقة المجانية. على سبيل المثال، يتم استخدامه في الممارسة العملية.

كيف يمكن أن يكون هناك نقص في الموارد عندما يكون لدينا أنظمة يمكنها توفير الموارد دون الاقتراض الخارجي؟ وهذا يعني أن هذه الأنظمة يمكن أن تعمل إلى أجل غير مسمى وتوفر الموارد للكوكب بأكمله دون حرق الوقود الأحفوري. وهذا من شأنه أن يلغي معظم "الفواتير" التي يدفعها الناس مقابل المعيشة ويقللها تأثيرات مؤذيةتأثيرنا على الأرض وبيئتها.

حتى لو كنت لا تؤمن بمفهوم الطاقة الحرة (المعروفة أيضًا باسم طاقة نقطة الصفر)، فلدينا العديد من المصادر النظيفة التي تجعل كل الطاقة قديمة الطراز.

ستركز هذه المقالة بشكل أساسي على مفهوم الطاقة الحرة، الذي أثبته الباحثون حول العالم الذين أجروا تجارب ونشروا أعمالهم.

ومع ذلك، إذا أصبحت تكنولوجيات الطاقة الجديدة مجانية في جميع أنحاء العالم، فإن التغييرات ستكون عميقة. سوف يؤثر على الجميع، وسوف ينطبق في كل مكان. هذه التقنيات هي بالتأكيد أهم شيء حدث في تاريخ العالم.

قوة طاقة كازيمير

إن تأثير كازيمير هو دليل على مثال للطاقة الحرة التي لا يمكن دحضها.

تم توقع الطاقة من قبل الفيزيائي النظري الألماني هاينريش كازيمير في عام 1948، ولكن لم يتم الحصول عليها تجريبيا بسبب نقص التكنولوجيا في ذلك الوقت.

ويوضح تأثير كازيمير طاقة نقطة الصفر أو حالة الفراغ، والتي تتنبأ بأن صفيحتين معدنيتين قريبتين من بعضهما البعض سوف تجتذبان بعضهما البعض بسبب خلل في التقلبات الكمومية.

إن الآثار المترتبة على ذلك بعيدة المدى وقد تم كتابتها بالتفصيل في الفيزياء النظرية من قبل الباحثين في جميع أنحاء العالم. واليوم بدأنا نرى أن هذه المفاهيم ليست نظرية فحسب، بل عملية أيضًا.

تعتبر الفراغات بشكل عام بمثابة فراغات، لكن هندريك كازيمير يعتقد أنها لا تحتوي على تذبذبات للموجات الكهرومغناطيسية. لقد افترض أن لوحين معدنيين موجودين في الفراغ يمكن أن يمتصا الموجات، مما يخلق طاقة فراغية يمكنها جذب الصفائح أو صدها.

إذا وضعت لوحين في الفراغ، فإنهما يجذبان بعضهما البعض، وهذه القوة تسمى تأثير كازيمير كطاقة الفراغ (تذبذبات نقطة الصفر). وقد أكدت الدراسات الحديثة التي أجريت في جامعة هارفارد وجامعة أمستردام وأماكن أخرى صحة تأثير كازيمير.

إلا أن قوة كازيمير ضعيفة للغاية ويتم اكتشافها إذا كانت الأجسام متباعدة بعدة ميكرونات وتزداد بشكل حاد إذا اقتربت الأجسام على مسافة أقل من ميكرون.

وعلى مسافة 10 نانومتر (مئات من حجم الذرة النموذجية)، فإن قوة كازيمير قابلة للمقارنة بالضغط الجوي.