وقتی شعبده باز ابتدا یک خرگوش زنده را از یک کلاه کاملاً خالی بیرون می آورد، سپس گل می دهد و در پایان شروع به بیرون کشیدن یک روبان براق بی پایان می کند، البته بچه های باهوش مشتاقانه تشویق می کنند، اما آنها می دانند که همه اینها فریب خالص است. آنها به خوبی درک می کنند که شما نمی توانید چیزی از هیچ به دست آورید. همه این خرگوش ها، گل ها و روبان ها قبلاً در جایی پنهان شده بودند و کل "معجزه" در دستان ماهرانه شعبده باز بود.

خوب، حالا بیایید عملکرد واقعی ارائه شده توسط یک جادوگر و جادوگر واقعی - طبیعت را ببینیم. ابتدا بیایید صحنه را تنظیم کنیم. بیایید همه این خانه ها، جنگل ها و کوه ها را حذف کنیم. بیایید خورشید، زمین و انواع سحابی ها را حذف کنیم. سپس به مولکول ها، اتم ها و ذرات بنیادی باقی مانده می پردازیم. در همان زمان، بیایید میدان‌ها را دور بریزیم: الکترومغناطیسی، گرانشی، و به طور کلی هر چیزی که سر راه ما قرار می‌گیرد. اکنون صحنه آماده شده است. آنچه باقی می ماند، خوب، یک کلاه کاملاً خالی است - یک خلاء فیزیکی مطلق. اکنون راه طبیعت فرا رسیده است. در دستان او دو صفحه فلزی مسطح کاملاً خنثی دارد که ناگهان بدون هیچ دلیل مشخصی شروع به جذب یکدیگر می کنند. لطفا توجه داشته باشید - این یک ترفند واقعی است! به هر حال، ما از قبل همه میدان ها، از جمله میدان های الکترومغناطیسی و گرانشی را نابود کردیم. پس چگونه این رکوردها می توانند یکدیگر را از راه دور احساس کنند؟ البته، جاذبه بین صفحات بسیار بسیار ضعیف است، اما وجود دارد! بیایید تأکید کنیم: این داستان تخیلی نیست، این یک واقعیت تجربی است. این اثر را اثر کازیمیر می نامند. برای درک ماهیت این ترفند، بیایید به پشت صحنه نگاه کنیم و سعی کنیم طبیعت را "آشکار کنیم". برای این کار فقط باید چند قدم بردارید.

گام یک. اینجا کار ساده: یک توپ جرم داده می شود مترروی فنر بی وزن با سفتی ک. سوال این است که انرژی سیستم در چه مقادیری از تکانه توپ و مختصات آن کمترین مقدار را به خود می گیرد و این مقدار با چه مقداری است؟ از دیدگاه مکانیک کلاسیک نیوتنی، پاسخ واضح است. اگر V- سرعت، و ایکسمختصات توپ است، سپس انرژی مکانیکی کل سیستم شکل می گیرد

با تنظیم دلخواه مقادیر اولیهبرای Vو ایکس، ما با مقداری انرژی خاص حرکت می کنیم. از آنجا که Vو ایکسرا می توان به طور مستقل و به دلخواه انتخاب کرد و بیان انرژی به مربع های این کمیت ها بستگی دارد، کوچکترین مقدار انرژی صفر است. واضح است که در انرژی صفر، سرعت و مختصات هر دو در لحظه اولیه زمان برابر با صفر بوده و طبق قانون بقای انرژی در تمام لحظات بعدی برابر با صفر باقی خواهند ماند. بنابراین، ما به جواب رسیدیم: حالت نوسانگر کلاسیک، مربوط به حالت با حداقل انرژی ممکن، حالت استراحت مطلق است. افسوس که ما فقط آرزوی صلح را داریم. طبیعت برای حل این مشکل مدرسه دیدگاه خاص خود را دارد. او، طبیعت، به ویژه وقتی صحبت از الکترون-پوزیترون ها، اتم ها و مولکول های مختلف می شود، به ما اعلام کرد که آنها طبق قوانین نیوتنی زندگی نمی کنند، بلکه طبق قوانین کوانتومی خود زندگی می کنند. مکانیک کوانتومی بیان می کند که هیچ سیستمی اساساً نمی تواند در حالت سکون مطلق باشد و این نتیجه گیری است مکانیک کوانتومیآزمایشی تایید شد!

کار ساده ما ناگهان پیچیده تر شد. در حال حاضر، حتی در حالت پایه - حالت با حداقل انرژی - سیستم به سادگی باید در حرکت مداوم باشد. توپ ما در واقع در اطراف موقعیت تعادل می لرزد (یا به قول آنها "از نظر علمی" در نوسان است. البته دامنه این نوسانات بسیار بسیار کم است. فقط طبیعت می تواند چیزی به این کوچکی را "دید". چشم انسان نمی تواند پدیده هایی را که در چنین مقیاس کوچکی رخ می دهند تشخیص دهد. به همین دلیل است که ما با آرامش و شادی در دنیای درست نیوتنی زندگی می کنیم و خانه ما هیچ گونه نوسانات کوانتومی را تجربه نمی کند. ریشه دار می ایستد و می ایستد.

اما به وظیفه خود برگردیم. بیایید قدم دوم را برداریم. درست است، چگونه این کار را انجام دهیم، برای یافتن حداقل مقدار انرژی، طبق قوانین مکانیک کوانتومی، چه کاری باید انجام دهیم؟ قانون اول مکانیک کوانتومی می گوید: ما حق نداریم مقادیر تکانه و مختصات توپ را آن طور که می خواهیم انتخاب کنیم. فرض کنید به نحوی می دانیم که توپ با چه قانونی در حالتی با حداقل انرژی حرکت می کند. (چنین حالتی در مکانیک کوانتومی حالت پایه نامیده می‌شود.) سپس می‌توانیم انحراف ریشه میانگین مربع از موقعیت تعادل میانگین را محاسبه کنیم. D ایکس 2 و ریشه میانگین مقدار مربع مقدار میانگین پالس. D پ 2. نوار به این معنی است که ما این مقادیر را در طول دوره نوسان میانگین می گیریم. با توجه به مفاهیم مکانیک کوانتومی، این کمیت ها با رابطه مرتبط هستند

که در آن (h) ثابت معروف پلانک است.

این نسبت را به خاطر بسپار! در پیچیدگی های مشاهده شده ای که طبیعت به جای ساخت و سازهای کلاسیک ساده و بدون ابهام به ما می دهد، نقش اصلی را ایفا می کند. نابرابری () را رابطه عدم قطعیت می گویند.

بنابراین، قانون شماره دو: برای محاسبه انرژی حالت پایه، باید از رابطه عدم قطعیت استفاده کنیم. بیایید محاسبات مربوطه را انجام دهیم. از آنجایی که ما در حال مطالعه نوسانات کوچک نزدیک موقعیت تعادل هستیم، مقدار متوسط ​​را تعیین می کنیم. D ایکس 2 ~ ایکس 2، میانگین D پ 2 ~ پ 2. به اندازه کافی عجیب، اما بیان کامل است انرژی مکانیکیطبیعت تصمیم گرفت آن را بدون تغییر رها کند. تنها شرط این است که در این بیان، تکانه و موقعیت همیشه باید با یک رابطه عدم قطعیت مرتبط باشند. اگر فرض کنیم که پ 2 · ایکس 2 ~ (h) 2/4، سپس انرژی کل تابعی از تنها یک متغیر است. در واقع، با در نظر گرفتن برابری ()، به دست می آوریم

انرژی حالت پایه است کمترین مقدارکارکرد E = E(ایکس). برای یافتن این مقدار، نابرابری بین میانگین حسابی و میانگین هندسی دو عدد مثبت را اعمال می کنیم. ما داریم

و برابری زمانی حاصل می شود که

جایی که w = ( ک/متر) 1/2 .

البته حل دقیق مسئله انرژی حالت پایه اسیلاتور بسیار پیچیده تر است و از محدوده ریاضیات مدرسه فراتر می رود. یک چیز دیگر جالب است: نتیجه ای که ما به دست آوردیم دقیقاً مطابق است! به هر حال، این مورد در فیزیک چندان نادر نیست که برآوردهای ساده به پاسخ صحیح منجر شود.

علیرغم سادگی این نتیجه و سهولت فوق العاده ای که با آن به دست آوردیم، به خوبی باید قاب شود و در کنار معادله انیشتین به دیوار آویزان شود. E = متربا 2. از این گذشته، این به طور اساسی ایده های ما را در مورد چیستی وقتی چیزی وجود ندارد تغییر می دهد.

در ضمن، ما در مورد چه چیزی صحبت می کنیم؟ چرا ما ناگهان شروع به حل مشکل یک نوسانگر کردیم، اگر در ابتدا اینقدر طولانی و زیبا در مورد خلاء مطلق صحبت کردیم؟ نه، بیهوده نبود که این محاسبات را انجام دادیم. به یاد داشته باشید: خلاء فقدان کامل هر چیزی است. با این حساب بود که صحنه را برای نمایش اثر کازیمیر آماده کردیم. ما با دقت ذرات و میدان ها را حذف کردیم، یعنی. انرژی کیهان را کاهش داد در واقع، یک ذره وجود داشت، انرژی اینشتینی وجود داشت mc 2، ذره از بین رفته است - انرژی کل سیستم به این مقدار کاهش یافته است. یک میدان الکترومغناطیسی وجود داشت (یعنی یک جفت جدا نشدنی وجود داشت: الکتریکی Eبه علاوه مغناطیسی باجزاء) - انرژی وجود داشت

(در اینجا e 0 و m 0 ثابت های الکتریکی و مغناطیسی هستند، E- کشش الکتریکی، و ب- القای میدان های مغناطیسی). رفته میدان الکترومغناطیسی، به این معنی که کل انرژی صحنه ما - جهان - دوباره کاهش یافته است. پلت فرم ما، یک خلاء، که برای عملکرد آماده شده است، در اصل و طبق تعریف، حالتی با حداقل انرژی ممکن است. در مسئله نوسانی ما، حالت پایه این خلاء "نوسانی" است. درست است، پاسخ ما عجیب بود. آنها می خواستند پوچی، نبود چیزی را بدست آورند، اما چیزی که به دست آوردند نوعی لرزش نابود نشدنی بود. طبیعت با انگیزه این واقعیت که او مطابق قوانین کوانتومی خود زندگی می کند و نیوتن حکم او نیست، انرژی (h)w /2 را در آستین خود پنهان کرده است و بنابراین کلاه "نوسانگر" او به هیچ وجه خالی نیست. چیزی در آنجا دائماً نوسان می کند، تغییر می کند، زندگی می کند، اگرچه ما مخاطبان آن را نمی بینیم. واقعیت این است که طبق همان قوانین مکانیک کوانتومی بازی، ما می توانیم "دیدن"، یعنی. فقط مقدار متوسط ​​هر کمیت را مشاهده کنید. برای جیتر که کشف کردیم، یا، همانطور که نام دیگر آن، نوسان صفر است، مقادیر میانگین هر دو ضربه و مختصات برابر با صفر است. یک قدم به سمت راست، یک قدم به سمت چپ و در نتیجه در وسط می مانید. به طور کلی، چیزی قابل مشاهده نیست، اما چیزی در آنجا حرکت می کند.

از آنجایی که طبیعت یک بار تلو تلو خورد و تقلب کرد، نمی توانید به آن اعتماد کنید. بنابراین ما به او اجازه دادیم با میدان الکترومغناطیسی بازی کند و سپس سعی کردیم این اسباب بازی را از او بگیریم، یعنی. می خواست با حداقل انرژی حالتی به دست آورد. خوب، او احتمالاً اینجا هم چیزی را پنهان کرده است! تنها سوال این است که چقدر؟ به نظر می رسد که پاسخ در مسئله ای است که قبلاً در مورد توپ روی فنر حل کرده ایم.

ما از مدرسه می دانیم که اگر یک سیستم نوسانات هارمونیک انجام دهد، انرژی آن دقیقاً همان شکلی است که در بالا برای انرژی توپ نوشتیم. فقط باید به یاد داشته باشید که "مختصات" اکنون متغیری است که انحراف از موقعیت تعادل را توصیف می کند. به عنوان مثال، برای یک آونگ ریاضی، به جای ایکسما باید در بیان خود زاویه انحراف از q عمودی را قرار دهیم و به جای سرعت - D q / D تی. در عوض برای یک مدار نوسانی ایکسنیاز به جایگزینی شارژ س، و به جای سرعت - جریان j. البته بسته به موقعیت، معنای ثابت ها تغییر می کند. ک, متر.

در مورد یک میدان الکترومغناطیسی، می توان به طور متفاوت استدلال کرد: آنالوگ انرژی یک توپ، انرژی یک موج الکترومغناطیسی است.

در مسئله توپ، اگر تکانه بیشتر باشد، مختصات کوچکتر است و با یک جابجایی نوسان می کنند. همان چیزی که در یک موج الکترومغناطیسی اتفاق می افتد: اجزای مغناطیسی بیشتر - الکتریکی کمتر، و بنابراین آنها به یکدیگر جریان می یابند. این بسیار شبیه به توپ روی فنر است و بلافاصله به جای آن امکان پذیر است ایکسو پنوشتن Eو ب. فرکانس w چنین نوساناتی با رابطه معروف به طول موج الکترومغناطیسی l مرتبط است.

ظاهراً چنین نوسانگرهای ابتدایی در طبیعت وجود ندارد، زیرا طول موج های مجاز به هیچ وجه محدود نیستند. آنها می توانند کیلومتر طول داشته باشند (امواج رادیویی)، یا می توانند بسیار طولانی تر باشند. موارد بسیار کوتاهی نیز در مجموعه وجود دارد، به ترتیب فاصله بینابینی در شبکه کریستالی(اشعه ایکس)، و همچنین موارد بسیار بسیار کوتاهتری نیز وجود دارد. از هر موج الکترومغناطیسی، یعنی. از هر نوسانگر با فرکانس نوسان w، طبیعت، همانطور که قبلاً دیدیم، انرژی (h)w /2 را پنهان می کند. در همان زمان، او مقدار زیادی جمع کرد. کل انرژی باقی مانده پس از "پاکسازی"، زمانی که میدان های قابل مشاهده و محسوس ناپدید شده اند، با مجموع بیان می شود.

علاوه بر این، جمع باید در تمام طول موج ها انجام شود. مطمئن باشید که این مجموع برابر با بی نهایت است!

این یک ذخیره انرژی است! چیزی که در مقایسه با این، نوعی خرده‌کاری است، برابر با انرژی ذخیره شده در نفت دریای خزر یا امارات. و انرژی هسته ای و گرما هسته ای نمی تواند با این ذخیره رقابت کند. بی نهایت بی نهایت است. اگر فکر می کنید که این همه است، پس عمیقاً در اشتباه هستید. از دیدگاه کوانتومی، هر ذره ای نیز موج است. اگر چنین است، پس هر ذره با میدان خود، ارتعاشات خاص خود مرتبط است و از هر یک نیز می‌تواند انرژی برابر با (h)w /2 پنهان کند. این دیگر کلاه نیست، بلکه نوعی دیگ غول پیکر است که در آن تک تک آنها می جوشند، می لرزند، ظاهر می شوند و دوباره ناپدید می شوند. ذرات بنیادی(حتی آنهایی که هنوز چیزی در مورد آنها نمی دانیم)، و در اینجا فقط فوتون ها را مورد بحث قرار دادیم. در اصل، این ذرات را می توان حتی از این دیگ بیرون کشید و در روشنایی روز "واقعی" کرد، یعنی. قابل مشاهده

عدم وجود خلاء آنها را می توان با استفاده از روش مترقی بالدا برای آموزش شیاطین در دریاچه برای خردمند بودن مختل کرد. شما فقط باید به این کلاه یک ترک خوب بدهید (از نظر علمی به نظر می رسد - برای تامین انرژی کافی برای سیستم) و ذرات مانند یک قرنیه بیرون می ریزند. برای توضیح اثر کازیمیر، باید آخرین قدم بسیار کوچک را برداریم. فقط باید به یاد داشته باشید که تشدید کننده چیست. به طور کلی، این همان دستگاهی است که به همه امواج پاسخ نمی دهد، بلکه فقط به امواجی با طول موج مناسب و اندازه دلخواه پاسخ می دهد. طبیعت با وارد کردن صفحات فلزی در خلاء، یک تشدید کننده ایجاد کرد. اکنون خلاء به هم ریخته است (باز هم اثر بالدا!). آن ارتعاشات صفر بسیار ناراحت کننده بود امواج الکترومغناطیسی، که در آن یک عدد صحیح نیم موج در شکاف بین صفحات نمی گنجد. دلیل آن این است که همانطور که می دانید دوره مدرسهفیزیک، میدان الکترومغناطیسی به فلز نفوذ نمی کند. در نتیجه امواجی که گره آنها به صفحه برخورد نمی کند از آنجا خارج می شوند. اکنون انرژی خلاء تغییر کرده است. فقط آن نیمه هایی که l = آ/n، جایی که n- عدد صحیح دلخواه، آ- فاصله بین صفحات

بنابراین، انرژی کل خلاء با صفحات اکنون برابر است

البته از منظر معمولی کم کردن بی نهایت از بی نهایت کار کاملاً پوچ است. با این حال، چیزی که فیزیکدانان در آن مهارت یافته اند، توانایی انجام عملیات حسابی با بی نهایت است. برای یک فیزیکدان نظری، حتی یک مبتدی، که بی نهایت را از بی نهایت کم کند و همچنان شماره نهایی(و آنچه که قابل مشاهده و تأیید تجربی است) یک تکه کیک است. پاسخ مشکل ما فرم دارد

روش دستیابی به این نتیجه اگرچه شبیه ترفندهای جادویی است اما به طرز شگفت آوری ساده است. برای درک دستکاری صوری بینهایتها، ابتدا باید مجموعها را محدود کرد. بیایید فرض کنیم که امواج خیلی کوتاهی وجود ندارد، یعنی. در مجموع بیش از l ما خود را به l > l 0 محدود می کنیم. بر این اساس، در مجموع nباید خودم را محدود کنم n < آ/l 0 . حالا بیایید تفاوت را محاسبه کنیم. این تابع پیرایش l 0 خواهد شد. اگر مقادیر کوچکتر و کوچکتر l 0 را در نظر بگیریم و این تابع را رسم کنیم، معلوم می شود که تمایل دارد حد محدودبرای l 0 ® 0. این روش، به نام عادی سازی مجدد یا منظم سازی، منجر به نتیجه ذکر شده در بالا می شود.

نتیجه به دست آمده نتیجه الکترودینامیک "یک بعدی" است. امواج ما فقط می توانستند در یک جهت پخش شوند - عمود بر صفحات. در واقع، اگرچه صفحات صاف هستند، اما مشکل سه بعدی است. امواج الکترومغناطیسی (حتی به صورت نوسانات نقطه صفر) می توانند در سه جهت منتشر شوند. این اصل موضوع را تغییر نمی دهد، فقط کمی تغییر محاسبات ما لازم است.

پاسخ نهایی برای یک مشکل سه بعدی به این صورت است:

جایی که اس- مساحت بشقاب

حالا با این عبارت چه باید کرد؟ خوب، اولاً، واضح است که وقتی صفحات به هم نزدیکتر می شوند (کاهش می یابد آ)، D Eکاهش می یابد (علامت منفی!). در نتیجه، هر چه صفحات نزدیکتر باشند، از نظر انرژی مطلوب تر هستند. کلاس نهم را به خاطر بسپار: انرژی پتانسیل Uسنگ در یک میدان گرانشی در ارتفاع ایکسمساوی با mgx. سنگ را پایین بیاورید و انرژی آن کاهش می یابد. اما می دانید که زمین سنگ ها را جذب می کند! در نتیجه، کاهش انرژی پتانسیل با نزدیک شدن اجسام به یکدیگر نشان دهنده جاذبه متقابل آنها است. چگونه می توان این نیرو را از انرژی استخراج کرد؟ بله خیلی ساده برای مشکل "سنگ" خود، بیایید تفاوت را جبران کنیم

علامت منفی به دلیل این واقعیت است که نیرو یک کمیت برداری است و طبق این قاعده ما پیش بینی نیرو را بر روی محور آبسیسا می یابیم. در مسئله "سنگ" با استفاده از این فرمول به دست می آوریم - میلی گرم، یعنی همانطور که باید باشد - نیرو به سمت پایین به سمت زمین هدایت می شود.

با استفاده از این روش، به راحتی می توان نیروی جذب صفحات را پیدا کرد:

چنین جاذبه ای واقعاً به صورت تجربی کشف شده است. کسانی که می دانند چگونه ترفندها را اجرا کنند، آزمایشگر هستند! آنها توانستند مرحله خود را از تمام تعاملات پاک کنند و اثرات مرتبط با خلاء مطلق را احساس کنند، که به خودی خود یک معجزه به نظر می رسد. برای اس= 1 سانتی متر 2، آ= 0.5 میکرومتر، نیروی جاذبه 2·10 - 6 N بود که با فرمول نظری داده شده مطابقت خوبی دارد.

لطفاً توجه داشته باشید: عبارت نیرو به هیچ وجه شامل ثابت برهمکنش الکترومغناطیسی نمی شود (هیچ ه- بار الکترون) و این با وجود این واقعیت است که ما در مورد فلز و میدان الکترومغناطیسی در تعامل با آن صحبت کردیم. این واقعیت است که به ما امکان می دهد به اثر کازیمیر به عنوان اثر قطبش خلاء به دلیل شرایط مرزی (صفحات) نگاه کنیم. در اینجا یک قیاس کامل با قطبش یک دی الکتریک در یک میدان الکتریکی خارجی وجود دارد. حتی می توان این پدیده را با معرفی ثابت دی الکتریک خلاء e توصیف کرد. فقط آن را با e 0 اشتباه نگیرید، که در تمام قوانین الکتریکی در سیستم SI وارد شده است، و تنها به دلیل سردرگمی ما در تعریف واحد شارژ به وجود آمده است. خلاء e ما یک مشخصه فیزیکی واقعی است که واکنش خلاء به تأثیرات خارجی را توصیف می کند.

اکنون به پایان رسیده ایم. همانطور که انتظار می رود، طبیعت همان جادوگر و فریبنده است. ما یک بار دیگر به درستی حکمت دنیوی متقاعد شدیم که اگر چیزی نیست، پس هیچ نیست. با این حال، وظیفه ما این نبود که طبیعت را با دست بگیریم، بلکه این بود که بفهمیم همه چیز چگونه کار می کند. مثل همیشه موقع مطالعه پدیده های طبیعیاین سوال پیش می آید که آیا می توان از این دانش بهره مند شد؟ آیا می توان از این به نوعی استفاده کرد؟ به هر حال، انرژی، مهم نیست که کجا ذخیره می شود، انرژی است و به سادگی باید کار کند. اگر آموخته ایم انرژی ذخیره شده را نه تنها در نفت، بلکه در هسته اتم نیز استخراج کنیم، پس چرا سعی نکنیم آن را از چاه های خلاء بی ته استخراج کنیم. در واقع، چنین آزمایشاتی در حال انجام است. البته شما متوجه هستید که در این مورد ما در مورد ایجاد وسایل کاربردی مانند اجاق گاز یا راکتور صحبت نمی کنیم، بلکه در مورد بررسی امکان اساسی استفاده از این انرژی صحبت می کنیم.

هرکسی که معتقد است خواص خلاء محدود به اثراتی مشابه آنچه توضیح داده شده است، سخت در اشتباه است. خلاء نامتناهی و همه جا حاضر دائماً در پدیده ها هم در عالم صغیر و هم در امور جهان دخالت می کند. در عالم کوچک، ذرات مشاهده شده به سادگی مجبور می شوند در این دیگ جوشان نوسانات صفر زندگی کنند. ما قبلاً در مورد این واقعیت بحث کردیم که اصولاً در این نیستی خلاء می توان همه ذرات بنیادی و در مقادیر نامحدود را یافت. اگر یک ذره معین یک پادذره داشته باشد (الکترون دارای پوزیترون) باشد، پس عمر خلاء آنها با هم ادامه می یابد. نوسانات صفر برای آنها شامل این واقعیت است که یک جفت ذره-ضد ذره بوجود می آید و سپس ذره و پادذره متقابلاً از بین می روند - از بین می روند. بنابراین معلوم می شود که آنها به ظاهر وجود دارند، اما به نظر نمی رسد وجود داشته باشند. ذرات در این حالت مجازی نامیده می شوند.

حال تصور کنید: ذره واقعی قابل مشاهده ما در حال پرواز است (بگذارید یک الکترون باشد)، و در همان نزدیکی - غرغر-غرغر - جفت های مجازی یا بوجود می آیند یا فرو می ریزند. اغلب اتفاق می افتد که طبیعت ذرات مجازی را با ذرات واقعی اشتباه می گیرد - بالاخره ذرات همه یکسان هستند و نمی توان یک الکترون را از دیگری تشخیص داد. بنابراین، یک جفت مجازی در نزدیکی الکترون شما پدید آمد، اما پادذره شریک مجازی خود را اشتباه گرفت و با ذره واقعی از بین رفت. می فهمید که الکترون مجازی چاره ای جز ایفای نقش یک ذره واقعی ندارد. در نتیجه، چیزی غیرقابل تصور در برابر چشمان ما رخ می دهد: یک ذره واقعی در یک مکان وجود داشت و ناگهان در جایی دیگر به پایان رسید. نوعی انتقال از راه دور این "تکان" مدار الکترون در یک اتم از نظر تئوری پیش‌بینی و به صورت تجربی تأیید شد (Shift بره). چرا ما در مورد خرده های مختلف اتمی صحبت می کنیم، در حالی که انرژی بی نهایت ذخیره شده در خلاء به آن اجازه می دهد تا با اعداد کیهانی رقابت کند. کاملاً محتمل است و چنین فرضیه هایی بیان شده است که این خلاء است که تکامل کیهان را تعیین و تعیین می کند. تنها استفاده از خلاء با خواص غیرمعمولش می تواند ظاهراً سیاهچاله ها را مهار کند و از کوچک شدن آنها به نقطه ریاضی غیر فیزیکی جلوگیری کند. بنابراین کارهای زیادی برای انجام دادن در خلأ وجود دارد و بنابراین، (به نقل از یا.بی. زلدویچ) می‌توان استدلال کرد که «هیچ تهدیدی برای بیکاری برای نظریه‌پردازانی که با مشکلات نجومی سروکار دارند وجود ندارد».

کازیمیر هندریک- فیزیکدان هلندی، عضو آکادمی علوم هلند (1964)، رئیس آکادمی علوم (1973).

او برای بور در کپنهاگ و در زوریخ برای پائولی کار کرد. در زمینه مکانیک کوانتومی، فیزیک هسته ای، فیزیک دمای پایین، ابررسانایی، ترمودینامیک، مغناطیس، ریاضیات کاربردی کار می کند.

او در سال 1934 به همراه K. Gorter نظریه پدیدارشناسی ابررسانایی (مدل کازیمیر- گورتر) را توسعه داد. او در سال 1936 یک نظریه کوانتومی در مورد برهمکنش هسته با میدان های الکتریکی و مغناطیسی در اتم ها و مولکول ها ساخت. در سال 1942 او یک نظریه دقیق از برهمکنش های هشت قطبی مغناطیسی ایجاد کرد. او به همراه دو پره، مفهوم دمای اسپین را در سال 1938 معرفی کرد و درجات آزادی اسپین را به یک زیرسیستم ترمودینامیکی جداگانه جدا کرد.

1. V.V. Mostepanenko، N.N. Trunov.اثر کازیمیر و کاربردهای آن مسکو، Energoizdat، 1990.

3. اس. هاوکینگ.از انفجار بزرگ تا سیاهچاله ها: تاریخچه مختصر زمان. م.، میر، 1369.

اثر کازیمیر

در سال 1999 تعدادی از دوستانم به تولید پودرهای فلزی در ابعاد نانومتر مشغول بودند. اینکه چرا این از نقطه نظر تجاری مورد نیاز است، در اینجا مهم نیست. فن آوری های مختلفی استفاده شد، یکی از آنها تراکم بخارات فلزی به داخل بود شرایط مختلف. سپس این پودر برای استفاده به راکتور دیگری منتقل شد. همانطور که می دانید، این ماده از نظر خواص بسیار غیر معمول است. بچه ها بیشتر از طریق آموزش مواد دانشمندان و شیمیدان بودند. و بنابراین آنها به طور تصادفی به این واقعیت رسیدند که جریان این پودر آنطور که باید از دیدگاه فیزیک کلاسیک اتفاق می افتاد رخ نداد. نوع جریان به شدت به رسانایی پودر بستگی داشت، اگرچه همه اینها هادی بودند که به راحتی در هنگام تماس بارها را مبادله می کردند. آنها شروع به "انتخاب" کردند، از دیدگاه آنها اثر نامفهوم بود. آنها شروع به "سوت زدن" همه دوستان خود کردند و نوبت من بود. من نیز نمی‌توانستم بفهمم که این چه نوع تأثیری دارد، اما در طول «زنجیره» آنها را به فیزیکدانان منتقل کردم.

تابوت به سادگی باز شد - اثر کازیمیر. توضیحی که در مورد این اثر در ویکی پدیا داده شده است را بازنویسی نمی کنم. من فقط او را می آورم.

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

«اثر کازیمیر اثری است که شامل جاذبه متقابل اجسام بدون بار رسانا تحت تأثیر نوسانات کوانتومی در خلاء است. اغلب ما در مورد دو سطح آینه بدون بار موازی صحبت می کنیم که در فاصله نزدیک قرار گرفته اند، اما اثر کازیمیر در هندسه های پیچیده تر نیز وجود دارد. علت اثر کازمیر، نوسانات انرژی در خلاء فیزیکی به دلیل تولد مداوم و ناپدید شدن ذرات مجازی در آن است. این اثر توسط فیزیکدان هلندی هندریک کازیمیر (1909-2000) در سال 1948 پیش بینی شد و بعداً به صورت تجربی تأیید شد.

اصل اثر

طبق نظریه میدان کوانتومی، خلاء فیزیکی یک خلأ مطلق نیست. جفت ذرات مجازی و ضد ذرات به طور مداوم در آن متولد می شوند و ناپدید می شوند - نوسانات (نوسانات) ثابت میدان های مرتبط با این ذرات رخ می دهد. به طور خاص، نوسانات در میدان الکترومغناطیسی مرتبط با فوتون ها رخ می دهد. در خلاء، فوتون های مجازی مربوط به تمام طول موج های طیف الکترومغناطیسی متولد شده و ناپدید می شوند. با این حال، در فضای بین سطوح آینه نزدیک، وضعیت تغییر می کند. در طول‌های تشدید مشخص (تعداد کامل یا نیم صحیح دفعات بین سطوح)، امواج الکترومغناطیسی تقویت می‌شوند. در تمام طول های دیگر، که بزرگتر هستند، برعکس، آنها سرکوب می شوند (یعنی تولد فوتون های مجازی مربوطه سرکوب می شود). در نتیجه، فشار فوتون های مجازی از داخل بر روی دو سطح کمتر از فشاری است که از بیرون وارد می شود، جایی که تولد فوتون ها به هیچ وجه محدود نمی شود. هر چه سطوح به یکدیگر نزدیکتر باشند، طول موج های بین آنها کمتر در رزونانس هستند و تعداد بیشتری سرکوب می شوند. در نتیجه نیروی جاذبه بین سطوح افزایش می یابد.

این پدیده را می توان به صورت مجازی به عنوان "فشار منفی" توصیف کرد، زمانی که خلاء نه تنها از ذرات معمولی، بلکه برخی از ذرات مجازی نیز محروم است، یعنی "همه چیز پمپاژ شده است و کمی بیشتر".

در مورد هندسه پیچیده تر (مثلاً برهم کنش یک کره و یک صفحه یا برهم کنش اجسام پیچیده تر) مقدار عددیو علامت ضریب تغییر می کند، بنابراین نیروی کازیمیر می تواند هم نیروی جاذبه و هم نیروی دافعه باشد.

پایان نقل قول

این مورد از این جهت قابل توجه است که به نظر می‌رسید این رفتار کاملاً بوده است سیستم مکانیکی– پودر فلز، معلوم شد که به اثرات کوانتومی و یکی از کمترین پیامدهای آن که به نظر من قابل درک است، برای بسیاری – ذرات مجازی گره خورده است.

اثر کازیمیر می تواند به مقادیر قابل توجهی برسد، اما فقط در فواصل کمتر از صد نانومتر. بنابراین، علیرغم این واقعیت که از نظر تئوری این اثر توسط هندریک کازیمیر در سال 1948 پیش بینی شده بود، تأیید تجربی آن تنها در سال 1997 (49 سال بعد) ظاهر شد. تایید اثر دافعه که توسط Evgeniy Lifshitz در سال 1956 کشف شد باید 53 سال صبر کرد - فقط در سال 2009 تایید شد.

خلاء "خالی" که در مکانیک کلاسیک وجود داشت چندان خالی نبود: هنگام مطالعه تأثیرات مکانیک کوانتومی، معلوم شد که با جفت ذرات مجازی پر شده است که به طور مداوم در بین خود شکل می گیرند و از بین می روند. علاوه بر این، اگر دو صفحه هادی موازی را در فاصله بسیار نزدیک قرار دهید جریان الکتریسیته، سپس ذرات تشکیل شده در این حالت در اثر تداخل امواج خاموش خواهند شد. هرچه صفحات نزدیک‌تر باشند، ذرات مجازی کمتری بین آنها باقی می‌مانند، در حالی که در محیط خارجی تعداد آنها ثابت می‌ماند (و همچنین فشاری که تولید می‌کنند)، که نیروی فزاینده‌ای را با هدف جذب صفحات ایجاد می‌کند.

آنالوگ این پدیده، بر اساس تداخل امواج در یک محیط آبی

اثر جاذبه

در فاصله 10 نانومتری بین صفحات، این نیرو می تواند فشاری نزدیک به اتمسفر ایجاد کند، اما از آنجایی که قدرت آن به 4 توان فاصله کاهش می یابد، ثبت مقدار آن در فاصله 100 نانومتری از قبل دشوار می شود. این اثر برای استفاده در سیستم‌های نانومکانیکی مختلف و حتی به عنوان جایگزینی برای مواد عجیب و غریب و تثبیت کرم‌چاله‌ها پیشنهاد شده است.

اثر دافعه

در سال 1956، Evgeniy Lifshits نشان داد که اگر شکاف بین دو سطح با یک ماده دی الکتریک پر شود، این پدیده می تواند علامت خود را تغییر دهد. اولین آزمایشی که این اثر را تأیید کرد، فشار دادن یک توپ با روکش طلا با قطر تنها 40 میکرون به یک لایه طلا و یک ویفر سیلیکونی (به ترتیب برای اندازه‌گیری اثر جاذبه و دافعه) قرار داده شده در یک محیط مایع - بروموبنزن بود. نویسندگان این اثر، که در سال 2009 در نیچر منتشر شد، نشان می‌دهند که مخلوط کردن دو یا چند مایع می‌تواند باعث دفع در فواصل کوتاه و جذب در فواصل طولانی شود که به نوبه خود امکان ایجاد مکانیسم‌هایی با ضریب اصطکاک بسیار پایین را فراهم می‌کند.

نتایج آزمایش: خط آبی نتایج را برای نیروی دافعه نشان می دهد، خط زرد نتایج را برای نیروی جاذبه نشان می دهد. در حال حاضر در فاصله 80 نانومتر، نیروهای اندازه گیری شده با خطاهای اندازه گیری قابل مقایسه هستند.

اثر پویا

این پدیده در این واقعیت نهفته است که اگر آینه با سرعت نسبیتی حرکت کند، برخی از جفت‌های مجازی زمانی برای نابودی ندارند و از هم جدا می‌شوند و در نتیجه به فوتون‌های واقعی تبدیل می‌شوند. وجود چنین اثری در اواسط دهه 70 توسط جولیان شوینگر پیش بینی و توسط دانشمندان در سال 2011 تایید شد. برای انجام این آزمایش، آنها از تداخل سنج کوانتومی ابررسانا استفاده کردند که می تواند یک آینه الکترومغناطیسی را شبیه سازی کند که با 5 درصد سرعت نور حرکت می کند. این پدیده قانون بقای انرژی (آنطور که به نظر می رسد) نقض نمی کند، زیرا انرژی برای حرکت آینه مصرف می شود. بر این لحظهآن را تنها به عنوان یک پیشرانه فرضی شبیه به سیستمی که در حال حاضر در چندین مکان به طور همزمان آزمایش می شود در نظر گرفته می شود

حدود 50 سال پیش هاینریش کازیمیر کشف کرد که در خلاء بین دو سطح نیروی خاصی وجود دارد این نیرو می تواند انقلابی واقعی در علم ایجاد کند.

اگر دو آینه را بردارید و در فضای خالی قرار دهید، جاذبه بین آنها شروع می شود زیرا بین آنها خلاء وجود دارد. این پدیده توسط کازیمیر در سال 1948، زمانی که در حال تحصیل بود، کشف شد مرکز علمیدر آیندهوون این پدیده را اثر کازیمیر و نیرویی که بین دو آینه ایجاد می شود نیروی کازیمیر نامیده می شد.

برای مدت طولانی اعتقاد بر این بود که اثر کازیمیر چیزی بیش از یک نظریه جالب نیست. با این حال، برای اخیراعلاقه به این پدیده افزایش یافته است. مشخص شده است که نیروی کازیمیر به طور مستقیم بر مکانیسم های میکروسکوپی تأثیر می گذارد و به لطف پیشرفت در تجهیزات فنی، می توان این نیرو را با دقت بیشتری اندازه گیری کرد.

این اثر ممکن است برای فیزیک بنیادی جالب باشد. نظریه های زیادی وجود دارد که بر اساس آنها ابعاد اضافی گسترده ای در نظریه های ده و یازده بعدی وجود دارد. بر اساس این نظریه ها، انحراف خاصی از گرانش نیوتنی استاندارد در فواصل کوچکترین کسری از میلی متر وجود دارد. بنابراین با اندازه گیری اثر کازیمیر می توان این فرضیه ها را مورد آزمون قرار داد.

مطالعه کازیمیر از محلول های کلوئیدی

کازیمیر که در مرکز تحقیقات آیندهوون کار می کرد، ویژگی های مشخصه این مواد با شاخص ویسکوزیته بالا را که حاوی ذرات میکرونی هستند، بررسی کرد. خواص آنها توسط نیروهای واندروالس تعیین می شود - اینها نیروهای جذاب دوربردی هستند که بین مولکول ها و اتم های خنثی ایجاد می شوند.

تئو اووربک، همکار کازیمیر، خاطرنشان کرد که نظریه فریتز لندن برای توصیف نیروهای واندروالس نمی تواند ارزیابی درستی از داده های تجربی ارائه دهد. او از کازیمیر خواست تا روی این مشکل کار کند. کازیمیر کشف کرد که توصیف صحیح برهمکنش مشاهده شده بین 2 مولکول خنثی بر اساس ثابت بودن آن غیرممکن است.

پس از این، دانشمند اشاره کرد که این نتیجهاگر نوسانات اتم را در نظر بگیریم می تواند توصیف شود. نوسان اصطلاحی است که انواع نوسانات و تغییرات دوره ای را توصیف می کند. سپس دانشمند فکر کرد که به جای دو مولکول، می توان دو آینه نصب کرد که دو طرف منعکس کننده آنها رو به روی یکدیگر قرار گیرند. بنابراین او نیروی جاذبه ای را که بین صفحات بازتابی وجود دارد پیش بینی کرد.

اثر کازیمیر پویا

طبق نظریه کوانتومی، خلاء یک خلأ معمولی نیست. نوسانات انرژی به طور مرتب در آن مشاهده می شود - ذرات مجازی و ضد ذرات متولد می شوند و می میرند. آنها قادر به اعمال فشار هستند. این پدیده "اثر کازیمیر ساکن" نامیده می شود. با آزمایشات ثابت شده است. با این حال، از نظر تئوری، یک اثر کازمیر پویا نیز وجود دارد - تبدیل نوسانات خلاء به ذرات واقعی (به عنوان مثال، فوتون). این دقیقاً همان تأثیری است که دانشمندان مشاهده کرده اند.

با اثر پویا کازمیر، آینه ها باید نوسان داشته باشند و سرعت آنها باید با سرعت نور قابل مقایسه باشد. برای انجام این کار، فیزیکدانان مجبور بودند سطوح فلزی را در یک میدان مغناطیسی قوی نصب کنند. سرعت ارتعاش این میدان یازده میلیارد بار در ثانیه بود. سطوح با سرعتی که 5 درصد سرعت نور بود شروع به تغییر شکل کردند و ظاهر فوتون ها در خروجی ثبت شد. با قضاوت بر اساس خواص فوتون ها، می توان استدلال کرد که آنها به صورت جفت ظاهر می شوند.

در چند سال گذشته، دانشمندان در تلاش بوده اند ثابت کنند که مردم اصلاً نیازی به وابستگی به سوخت های فسیلی ندارند.

آنها ادعا می کنند که ما به مبارزه برای منابع انرژی ادامه می دهیم، نابود می کنیم محیطو به مادر زمین آسیب برساند. ما همچنان از همان روش‌های قدیمی استفاده می‌کنیم که تریلیون‌ها دلار برای آنهایی که در صدر صنعت انرژی هستند، تولید می‌کنند. رسانه های شرکتی همچنان این ایده را مطرح می کنند که ما در یک بحران انرژی قرار داریم و به دلیل کمبود منابع به یک مشکل جدی نزدیک می شویم.

مفهوم انرژی نقطه صفر

برخی از محققان استدلال می کنند که همان گروه از سهامداران صاحب صنعت انرژی نیز صاحب رسانه های شرکتی هستند. به نظر می رسد این یک تاکتیک ترس دیگر و بهانه دیگری برای عدم استفاده از انرژی رایگان باشد. مثلاً در عمل استفاده می شود.

وقتی سیستم هایی داریم که می توانند منابع را بدون استقراض خارجی تامین کنند، چگونه ممکن است کمبود منابع وجود داشته باشد؟ این بدان معناست که این سیستم ها می توانند به طور نامحدود کار کنند و منابعی را برای کل سیاره بدون سوزاندن سوخت های فسیلی فراهم کنند. این امر بسیاری از «صورت‌حساب‌هایی» را که مردم برای زندگی می‌پردازند حذف و کاهش می‌دهد اثرات مضرتاثیری که ما بر روی زمین و محیط زیست آن داریم.

حتی اگر به مفهوم انرژی آزاد (که به عنوان انرژی نقطه صفر نیز شناخته می شود) اعتقاد ندارید، ما چندین منبع پاک داریم که تمام انرژی را منسوخ می کند.

این مقاله عمدتاً بر مفهوم انرژی آزاد تمرکز خواهد کرد که توسط محققان در سراسر جهان که آزمایش‌هایی انجام داده‌اند و کار خود را منتشر کرده‌اند، به اثبات رسیده است.

با این حال، اگر فناوری‌های جدید انرژی در سراسر جهان رایگان بودند، تغییرات عمیق می‌شد. بر همه تأثیر می گذارد، همه جا اعمال می شود. این فناوری‌ها کاملاً مهم‌ترین اتفاقی هستند که در تاریخ جهان رخ داده است.

قدرت انرژی کازیمیر

اثر کازیمیر اثبات نمونه ای از انرژی آزاد است که نمی توان آن را رد کرد.

این انرژی توسط فیزیکدان نظری آلمانی هاینریش کازیمیر در سال 1948 پیش بینی شد، اما به دلیل کمبود فناوری در آن زمان، به صورت تجربی به دست نیامد.

اثر کازیمیر انرژی نقطه صفر یا حالت خلاء را نشان می دهد که پیش بینی می کند دو صفحه فلزی نزدیک به یکدیگر به دلیل عدم تعادل در نوسانات کوانتومی یکدیگر را جذب می کنند.

پیامدهای این امر بسیار گسترده است و محققان در سراسر جهان در مورد جزئیات فیزیک نظری در مورد آن نوشته شده اند. امروز می بینیم که این مفاهیم نه تنها نظری، بلکه عملی نیز هستند.

خلاءها به طور کلی به عنوان فضای خالی در نظر گرفته می شوند، اما هندریک کازیمیر معتقد بود که آنها دارای نوسانات امواج الکترومغناطیسی نیستند. او این نظریه را مطرح کرد که دو صفحه فلزی که در خلاء نگه داشته می شوند می توانند امواج را جذب کنند و انرژی خلاء ایجاد کنند که می تواند صفحات را جذب یا دفع کند.

اگر دو صفحه را در خلاء قرار دهید، یکدیگر را جذب می کنند و این نیرو را اثر کازیمیر به عنوان انرژی خلاء (نوسانات نقطه صفر) نامیدند. مطالعات اخیر انجام شده در دانشگاه هاروارد و دانشگاه آمستردام و جاهای دیگر صحت اثر کازیمیر را تایید کرده است.

با این حال، نیروی کازیمیر بسیار ضعیف است و اگر اجسام با چند میکرون از هم جدا شوند، تشخیص داده می شود و اگر اجسام در فاصله کمتر از یک میکرون نزدیک شوند، به شدت افزایش می یابد.

در فاصله 10 نانومتر (صدها به اندازه یک اتم معمولی)، نیروی کازیمیر با فشار اتمسفر قابل مقایسه است.