Lorsque le magicien sort d'abord un lapin vivant d'un chapeau complètement vide, puis des fleurs, et commence finalement à tirer un ruban brillant sans fin, les enfants intelligents, bien sûr, applaudissent avec enthousiasme, mais ils savent que tout cela n'est qu'une pure tromperie. Ils comprennent parfaitement qu’on ne peut pas tirer quelque chose de rien. Tous ces lapins, fleurs et rubans étaient déjà cachés quelque part à l'avance, et tout le « miracle » était entre les mains habiles du magicien.

Eh bien, voyons maintenant le véritable spectacle donné par un véritable magicien et sorcier - la nature. Tout d’abord, préparons le terrain. Supprimons toutes ces maisons, forêts et montagnes. Supprimons le Soleil, la Terre et toutes sortes de nébuleuses. Ensuite, nous traiterons des molécules restantes, des atomes et des particules élémentaires. En même temps, rejetons les champs : électromagnétiques, gravitationnels et en général tout ce qui se présente à nous. Le décor est désormais planté. Ce qui reste, c’est un chapeau complètement vide – un vide physique absolu. Maintenant vient la sortie de la nature. Dans ses mains, elle tient deux plaques de métal plates, totalement neutres, qui soudain, sans raison apparente, commencent à s'attirer. Attention, c'est une véritable astuce ! Après tout, nous avons détruit tous les champs à l’avance, y compris les champs électromagnétiques et gravitationnels. Comment alors ces disques parviennent-ils à se ressentir à distance ? Bien sûr, l’attraction entre les plaques est très très faible, mais elle est là ! Soulignons : ce n'est pas une fiction, c'est un fait établi expérimentalement. Cet effet est appelé effet Casimir. Afin de comprendre l'essence de cette astuce, regardons dans les coulisses et essayons d'« exposer » la nature. Pour ce faire, il vous suffit de suivre quelques étapes.

La première étape. Ici tâche simple: étant donné une boule de masse m sur un ressort en apesanteur et rigide k. La question est de savoir à quelles valeurs de l’élan de la balle et de ses coordonnées l’énergie du système prend-elle la plus petite valeur et à quoi cette valeur est-elle égale ? Du point de vue de la mécanique newtonienne classique, la réponse est évidente. Si V- la vitesse, et X est la coordonnée de la balle, alors l'énergie mécanique totale du système a la forme

En définissant arbitrairement Valeurs initiales Pour V Et X, nous obtenons un mouvement avec une énergie spécifique. Parce que le V Et X peut être choisi indépendamment et à volonté, et l'expression de l'énergie dépend des carrés de ces quantités, la plus petite valeur de l'énergie est nulle. Il est clair qu’à énergie nulle, la vitesse et les coordonnées étaient toutes deux égales à zéro à l’instant initial et resteront égales à zéro à tous les instants ultérieurs selon la loi de conservation de l’énergie. Nous avons donc la réponse : l’état de l’oscillateur classique, correspondant à l’état avec le minimum d’énergie possible, est un état de repos absolu. Hélas, nous ne rêvons que de paix. La nature a sa propre vision pour résoudre ce problème scolaire. Elle, la nature, en particulier lorsqu'il s'agit de ses électrons-positons bien-aimés, de divers atomes et molécules, nous a annoncé qu'ils ne vivent pas selon les lois newtoniennes, mais selon les leurs - quantiques. La mécanique quantique affirme qu'aucun système ne peut fondamentalement être dans un état de repos absolu, et cette conclusion mécanique quantique confirmé expérimentalement !

Notre tâche simple est soudain devenue plus compliquée. Désormais, même dans l’état fondamental – l’état avec une énergie minimale – le système doit simplement être en mouvement continu. Notre balle tremble (ou, comme on dit « scientifiquement », fluctue) autour de la position d’équilibre. Bien entendu, l’amplitude de ces oscillations est très, très faible. Seule la nature peut « voir » quelque chose d’aussi petit. L’œil humain ne peut pas distinguer des phénomènes se produisant à une si petite échelle. C'est pourquoi nous vivons calmement et heureux dans le monde newtonien correct, et notre maison ne connaît aucune fluctuation « quantique ». Il reste enraciné sur place et se tient debout.

Mais revenons à notre tâche. Passons à la deuxième étape. Certes, comment faire, que devons-nous faire pour trouver la valeur minimale de l'énergie, en agissant selon les règles de la mécanique quantique ? La première règle de la mécanique quantique dit : nous n'avons pas le droit de choisir les valeurs de l'impulsion et les coordonnées de la balle à notre guise. Supposons que nous sachions d'une manière ou d'une autre selon quelle loi la balle se déplace dans un état avec une énergie minimale. (Un tel état en mécanique quantique est appelé l'état fondamental.) Nous pouvons ensuite calculer l'écart quadratique moyen par rapport à la position d'équilibre moy. D X 2 et la valeur quadratique moyenne de la valeur moyenne d'impulsion. D p 2. La barre signifie que nous faisons la moyenne de ces valeurs sur la période d'oscillation. Selon les concepts de la mécanique quantique, ces quantités sont liées par la relation

où (h) est la fameuse constante de Planck.

Souvenez-vous de ce ratio ! Il joue un rôle majeur dans les subtilités observées que la nature nous offre à la place des constructions classiques simples et sans ambiguïté. L'inégalité () est appelée relation d'incertitude.

Donc, règle numéro deux : pour calculer l’énergie de l’état fondamental, il faut utiliser la relation d’incertitude. Faisons les calculs correspondants. Puisque nous étudions de petites oscillations proches de la position d’équilibre, nous fixons la valeur moyenne. D X 2 ~ X 2, moyenne. D p 2 ~ p 2. Curieusement, mais l'expression pour complet énergie mécanique la nature a décidé de le laisser tel quel. La seule condition est que dans cette expression, la quantité de mouvement et la position doivent toujours être liées par une relation d'incertitude. Si nous supposons que p 2 · X 2 ~ (h) 2 /4, alors l'énergie totale est fonction d'une seule variable. En effet, en tenant compte de l'égalité (), on obtient

L’énergie de l’état fondamental est valeur la plus basse les fonctions E = E(X). Pour trouver cette valeur, on applique l'inégalité entre la moyenne arithmétique et la moyenne géométrique de deux nombres positifs. Nous avons

et l'égalité est atteinte lorsque

où w = ( k/m) 1/2 .

Bien entendu, la solution exacte du problème de l’énergie de l’état fondamental de l’oscillateur est beaucoup plus compliquée et dépasse le cadre des mathématiques scolaires. Une autre chose est intéressante : le résultat que nous avons obtenu coïncide avec celui exact ! À propos, ce n'est pas un cas si rare en physique où de simples estimations conduisent à la bonne réponse.

Malgré la simplicité de ce résultat et l’extraordinaire facilité avec laquelle nous l’avons obtenu, il devrait être encadré et accroché au mur à côté de l’équation d’Einstein. E = m avec 2. Après tout, cela change radicalement nos idées sur ce que c’est quand il n’y a rien.

Au fait, de quoi parle-t-on ? Pourquoi avons-nous soudainement commencé à résoudre le problème d'un oscillateur, si au début nous parlions si longtemps et si magnifiquement du vide absolu ? Non, ce n'est pas en vain que nous avons effectué ces calculs. N'oubliez pas : le vide est l'absence totale de quoi que ce soit. C'est dans cette optique que nous avons préparé le décor pour démontrer l'effet Casimir. Nous avons soigneusement éliminé les particules et les champs, c'est-à-dire réduit l'énergie de l'Univers. En effet, il y avait une particule, il y avait de l'énergie einsteinienne MC 2, la particule a disparu – l’énergie totale du système a diminué de ce montant. Il y avait un champ électromagnétique (c'est-à-dire qu'il y avait une paire indissociable : électrique E plus magnétique B composants) - il y avait de l'énergie

(ici e 0 et m 0 sont les constantes électriques et magnétiques, E- la tension électrique, et B- induction de champs magnétiques). disparu Champ électromagnétique, ce qui signifie que l'énergie totale de notre scène - l'Univers - a encore diminué. Notre plateforme, un vide préparé pour la performance, est, par essence et par définition, un état avec le minimum d'énergie possible. Dans notre problème oscillatoire, l’état fondamental est ce vide « oscillatoire ». Il est vrai que notre réponse était étrange. Ils voulaient obtenir le vide, l'absence de quelque chose, mais ce qu'ils obtenaient était une sorte de tremblement indestructible. Motivée par le fait qu'elle vit selon ses lois quantiques et que Newton n'est pas son décret, la nature a caché l'énergie (h)w /2 dans sa manche et, par conséquent, son chapeau « oscillateur » n'est en aucun cas vide. Quelque chose y fluctue tout le temps, change, vit, même si nous, le public, ne le voyons pas. Le fait est que selon les mêmes règles du jeu de la mécanique quantique, nous pouvons « voir », c’est-à-dire observez uniquement la valeur moyenne d’une quantité. Pour la gigue que nous avons découverte, ou, comme on l'appelle autrement, l'oscillation nulle, les valeurs moyennes de l'impulsion et des coordonnées sont égales à zéro. Un pas à droite, un pas à gauche, et du coup, vous restez au milieu. En général, rien n’est visible, mais quelque chose bouge.

Puisque la nature a trébuché et trompé, vous ne pouvez plus lui faire confiance. Nous lui avons donc permis de jouer avec le champ électromagnétique, puis nous avons essayé de lui retirer ce jouet, c'est-à-dire voulait obtenir un état avec un minimum d'énergie. Eh bien, elle a probablement caché quelque chose ici aussi ! La seule question est combien ? Il s’avère que la réponse est contenue dans le problème que nous avons déjà résolu concernant une bille sur un ressort.

Nous savons depuis l'école que si un système effectue des oscillations harmoniques, alors son énergie a exactement la forme que nous avons écrite ci-dessus pour l'énergie de la balle. Il faut juste se rappeler que la « coordonnée » est désormais une variable qui décrit l'écart par rapport à la position d'équilibre. Par exemple, pour un pendule mathématique, au lieu de X nous devons mettre dans notre expression l'angle de déviation par rapport à la verticale q, et au lieu de la vitesse - D q / D t. Pour un circuit oscillatoire à la place X besoin de remplacer une charge Q, et au lieu de la vitesse - le courant j. Bien entendu, selon la situation, la signification des constantes changera. k, m.

Dans le cas d'un champ électromagnétique, on peut raisonner différemment : un analogue de l'énergie d'une balle est l'énergie d'une onde électromagnétique

Dans le problème de la balle, si l'élan est plus grand, alors les coordonnées sont plus petites et elles oscillent avec un décalage. La même chose se produit dans une onde électromagnétique : plus de composante magnétique - moins d'électricité, et ainsi elles s'écoulent les unes dans les autres. Ceci est très similaire à une boule sur un ressort, et il serait possible de le faire immédiatement X Et pécrire E Et B. La fréquence w de telles oscillations est liée à la longueur d'onde électromagnétique l par la relation bien connue

Il n’existe apparemment pas de tels oscillateurs élémentaires dans la nature, puisque les longueurs d’onde autorisées ne sont aucunement limitées. Ils peuvent avoir une longueur d’un kilomètre (ondes radio) ou beaucoup plus longues. Il y en a aussi des très courtes dans l'ensemble, de l'ordre de la distance interstitielle en réseau cristallin(rayons X), et il y en a aussi des beaucoup plus courtes. De chaque onde électromagnétique, c'est-à-dire à chaque oscillateur ayant sa propre fréquence d'oscillation w, la nature, comme nous l'avons déjà vu, cachait l'énergie (h)w /2. En même temps, elle a beaucoup accumulé. L'énergie totale restant après le « nettoyage », lorsque les champs observables et tangibles semblent avoir disparu, s'exprime par la somme

De plus, la sommation doit être effectuée sur toutes les longueurs d'onde. Soyez assuré que cette somme est égale à l’infini !

C'est une réserve d'énergie ! Ce qui, comparé à cela, n'est qu'une bagatelle, égale à l'énergie stockée dans le pétrole de la mer Caspienne ou des Émirats arabes unis. Et l’énergie nucléaire et thermonucléaire ne peut rivaliser avec cette réserve. L'infini est l'infini. Si vous pensez que c’est tout, alors vous vous trompez profondément. D'un point de vue quantique, toute particule est aussi une onde. Si tel est le cas, alors chaque particule est associée à son propre champ, à ses propres vibrations, et à chacune peut également cacher une énergie égale à (h)w /2. Ce n'est plus un chapeau, mais une sorte de chaudron gigantesque dans lequel chacun d'eux bout, tremble, apparaît et disparaît à nouveau. particules élémentaires(même ceux dont on ne sait encore rien), et ici nous n’avons évoqué que les photons. En principe, ces particules peuvent même être extraites de ce chaudron et mises à la lumière du jour et rendues « réelles », c'est-à-dire observable.

Leur inexistence dans le vide peut être perturbée grâce à la méthode progressive de Balda consistant à entraîner les diables du lac à devenir sages. Il vous suffit de donner un bon coup à ce chapeau (cela semble scientifiquement - pour fournir au système une quantité d'énergie suffisante) et les particules tomberont, comme si elles sortaient d'une corne d'abondance. Pour expliquer l’effet Casimir, nous devons franchir le dernier, tout petit pas. Vous devez juste vous rappeler ce qu'est un résonateur. En général, il s'agit du même appareil qui ne répond pas à toutes les ondes, mais uniquement à celles dont la longueur d'onde est d'une taille appropriée et souhaitée. En introduisant des plaques de métal dans le vide, la nature a créé un résonateur. Maintenant le vide s'est agité (encore l'effet Balda !). Ces vibrations nulles étaient très inconfortables ondes électromagnétiques, dans lequel un nombre entier de demi-ondes ne rentre pas dans l'espace entre les plaques. La raison en est que, comme vous le savez cours scolaire En physique, le champ électromagnétique ne pénètre pas dans le métal. Par conséquent, les ondes dont le nœud ne touche pas la plaque en sont expulsées. Maintenant, l'énergie du vide a changé. Seules les moitiés pour lesquelles l = un/n, Où n- entier arbitraire, un- distance entre les plaques.

Ainsi, l’énergie totale du vide avec les plaques est désormais égale à

Bien entendu, d’un point de vue ordinaire, soustraire l’infini à l’infini est une tâche complètement absurde. Cependant, ce que les physiciens sont devenus compétents, c'est la capacité d'effectuer des opérations arithmétiques avec des infinis. Pour un physicien théoricien, même débutant, soustraire l'infini à l'infini tout en obtenant numéro final(et ce qui est observable et vérifiable expérimentalement) est un jeu d'enfant. La réponse à notre problème a la forme

La méthode pour obtenir ce résultat, bien que similaire aux tours de magie, est étonnamment simple. Pour donner un sens à la manipulation formelle des infinis, il faut d’abord rendre les sommes finies. Supposons qu'il n'y ait pas d'ondes très courtes, c'est-à-dire dans la somme sur l nous nous limiterons à seulement l > l 0 . En conséquence, au total n je vais devoir me limiter n < un/l 0 . Calculons maintenant la différence. Cela deviendra la fonction de découpage l 0 . Si nous prenons des valeurs de plus en plus petites de l 0 et traçons cette fonction, il s'avère qu'elle a tendance à limite finie pour l 0 ® 0. Cette procédure, appelée renormalisation ou régularisation, conduit au résultat mentionné ci-dessus.

Le résultat obtenu est le résultat d’une électrodynamique « unidimensionnelle ». Nos ondes ne pouvaient se propager que dans une seule direction : perpendiculairement aux plaques. En fait, même si les plaques sont plates, le problème est tridimensionnel. Les ondes électromagnétiques (même sous forme d’oscillations du point zéro) peuvent se propager dans trois directions. Cela ne change pas le fond du problème ; seule une légère modification de nos calculs est nécessaire.

La réponse finale à un problème 3D ressemble à ceci :

Où S- zone de plaque.

Que faire maintenant de cette expression ? Eh bien, premièrement, il est évident que lorsque les plaques se rapprochent (diminution un), D E diminue (signe moins !). Par conséquent, plus les plaques sont proches, plus elles sont énergétiquement favorables. Rappelez-vous la neuvième année : l'énergie potentielle U pierre dans un champ de gravité en hauteur Xégal à mgx. Abaissez la pierre et son énergie diminuera. Mais vous savez que la Terre attire les pierres ! Par conséquent, une diminution de l’énergie potentielle à mesure que les corps se rapprochent indique leur attraction mutuelle. Comment cette force peut-elle être extraite de l’énergie ? Oui, très simple. Pour notre problème de « pierre », comblons la différence

Le signe moins est apparu du fait que la force est une quantité vectorielle, et selon cette règle on retrouve la projection de la force sur l'axe des abscisses. Dans le problème de la « pierre », en utilisant cette formule, nous obtiendrions - mg, c'est à dire. comme il se doit, la force est dirigée vers le bas, vers la Terre.

Grâce à cette procédure, il est facile de trouver la force avec laquelle les plaques sont attirées :

Une telle attraction a en effet été découverte expérimentalement. Ceux qui savent réaliser des tours sont des expérimentateurs ! Ils ont réussi à débarrasser leur scène de toute interaction et à ressentir les effets liés au vide absolu, ce qui en soi semble être un miracle. Pour S= 1 cm2, un= 0,5 µm, la force d'attraction était de 2,10 - 6 N, ce qui est en bon accord avec la formule théorique donnée.

Attention : l'expression de la force n'inclut pas du tout la constante d'interaction électromagnétique (il n'y a pas e- charge électronique), et ce malgré le fait que nous ayons parlé du métal et du champ électromagnétique interagissant avec lui. C'est ce fait qui nous permet d'envisager l'effet Casimir comme un effet de polarisation du vide dû aux conditions aux limites (plaques). Il y a ici une analogie complète avec la polarisation d'un diélectrique dans un champ électrique externe. On peut même décrire ce phénomène en introduisant la constante diélectrique du vide e. Ne le confondez pas avec e 0, qui est inséré dans toutes les lois électriques du système SI, et qui est apparu uniquement à cause de notre confusion dans la définition de l'unité de charge. Notre vide e est une véritable caractéristique physique qui décrit la réponse d'un vide aux influences extérieures.

Maintenant, nous sommes arrivés à la fin. Comme on pouvait s’y attendre, la nature est à la fois magicienne et trompeuse. Nous étions une fois de plus convaincus de la justesse de la sagesse du monde, selon laquelle s’il n’y a rien, alors il n’y a rien. Notre tâche, cependant, n’était pas de prendre la nature par la main, mais de comprendre comment tout cela fonctionne. Comme toujours, quand j'étudie phénomène naturel La question se pose : est-il possible de bénéficier de ces connaissances ? Est-il possible de l'utiliser d'une manière ou d'une autre ? Après tout, l’énergie, peu importe où elle est stockée, est de l’énergie et doit simplement fonctionner. Si nous avons appris à extraire l’énergie stockée non seulement dans le pétrole, mais aussi dans le noyau atomique, alors pourquoi ne pas essayer de la puiser dans des puits à vide sans fond. En effet, de telles expériences sont en cours. Vous comprenez bien sûr que dans ce cas, nous ne parlons pas de créer des appareils pratiques tels qu'un poêle ou un réacteur, mais d'explorer la possibilité fondamentale d'utiliser cette énergie.

Quiconque croit que les propriétés du vide se limitent à des effets similaires à ceux décrits se trompe profondément. Le vide infini et omniprésent interfère constamment avec les phénomènes tant du microcosme que des affaires de l’Univers. Dans le microcosme, les particules observées sont simplement forcées de vivre dans ce chaudron bouillant aux oscillations nulles. Nous avons déjà évoqué le fait qu'en principe, dans ce néant vide, on peut trouver toutes les particules élémentaires et en quantité illimitée. Si une particule donnée a une antiparticule (un électron a un positron), alors leur vie dans le vide se déroule de manière simultanée. Les oscillations nulles pour eux consistent dans le fait qu'une paire particule-antiparticule apparaît, puis la particule et l'antiparticule se détruisent mutuellement - s'annihilent. Il s’avère donc qu’ils semblent exister, mais ils ne semblent pas exister. Les particules dans cet état sont dites virtuelles.

Imaginez maintenant : notre particule réelle observable vole (que ce soit un électron), et à proximité - gargouillis-gargouillis - des paires virtuelles apparaîtront ou s'effondreront. Il arrive souvent que la nature confonde les particules virtuelles avec les particules réelles. Après tout, les particules sont toutes identiques et un électron ne peut pas être distingué d'un autre. Ainsi, une paire virtuelle est apparue près de votre électron, mais l'antiparticule a confondu son partenaire virtuel et s'est annihilée avec la particule réelle. Vous comprenez que l’électron virtuel n’a d’autre choix que d’endosser le rôle d’une particule réelle. En conséquence, quelque chose d’inimaginable se produit sous nos yeux : il y avait une vraie particule à un endroit et tout d’un coup elle s’est retrouvée à un autre. Une sorte de téléportation. Cette « gigue » de l’orbite électronique dans un atome a été théoriquement prédite et vérifiée expérimentalement (décalage de Lamb). Pourquoi parlons-nous de diverses bagatelles atomiques, alors que l'énergie infinie stockée dans le vide lui permet de rivaliser avec les nombres cosmologiques. Il est fort probable, et de telles hypothèses ont été émises, que c'est le vide qui a déterminé et détermine l'évolution de l'Univers. Seule l’utilisation du vide, avec ses propriétés inhabituelles, peut apparemment freiner les trous noirs et les empêcher de se réduire à un point mathématique non physique. Il y a donc beaucoup de travail à faire dans le vide et, par conséquent (citant Ya.B. Zeldovich), on peut affirmer qu’« il n’y a aucune menace de chômage pour les théoriciens qui s’occupent des problèmes astronomiques ».

Casimir Hendrik- Physicien néerlandais, membre de l'Académie des Sciences des Pays-Bas (1964), président de l'Académie des Sciences (1973).

Il a travaillé pour Bohr à Copenhague et à Zurich pour Pauli. Travaux dans le domaine de la mécanique quantique, de la physique nucléaire, de la physique des basses températures, de la supraconductivité, de la thermodynamique, du magnétisme, des mathématiques appliquées.

En 1934, avec K. Gorter, il développe la théorie phénoménologique de la supraconductivité (modèle Casimir-Gorter). En 1936, il élabore une théorie quantique de l'interaction du noyau avec les champs électriques et magnétiques des atomes et des molécules. En 1942, il développa une théorie détaillée des interactions magnétiques octupôles. Avec Du Pré, il a introduit le concept de température de spin en 1938, séparant les degrés de liberté de spin en un sous-système thermodynamique distinct.

1. V.V. Mostepanenko, N.N. Trunov. Effet Casimir et ses applications. Moscou, Energoizdat, 1990.

3. S. Hawking. Du Big Bang aux trous noirs : une brève histoire du temps. M., Mir, 1990.

Effet Casimir.

En 1999, certains de mes amis se consacraient à la production de poudres métalliques de taille nanométrique. La raison pour laquelle cela est nécessaire d’un point de vue commercial n’a pas d’importance ici. Diverses technologies ont été utilisées, l'une d'elles était la condensation de vapeurs métalliques dans conditions différentes. Cette poudre a ensuite été transportée vers un autre réacteur pour être utilisée. Comme vous le comprenez, le matériau est très inhabituel en termes de propriétés. Les gars étaient pour la plupart des scientifiques des matériaux et des chimistes de formation. Et c’est ainsi qu’ils sont tombés sur le fait que l’écoulement de cette poudre ne s’est pas produit comme il aurait dû se produire du point de vue de la physique classique. Le type d'écoulement dépendait fortement de la conductivité de la poudre, bien qu'il s'agisse tous de conducteurs qui échangeaient facilement des charges au contact. Ils ont commencé à "cueillir", de leur point de vue l'effet était incompréhensible. Ils ont commencé à « siffler » tous leurs amis, et ce fut mon tour. Moi non plus, je n'arrivais pas à comprendre avec quel type d'effet cela interférait, mais tout au long de la « chaîne », je les ai transmis aux physiciens.

Le cercueil s'est ouvert simplement, l'effet Casimir. Je ne réécrirai pas l'explication de cet effet donnée sur Wikipédia. Je vais juste l'amener.

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

« L'effet Casimir est un effet consistant en l'attraction mutuelle de corps conducteurs non chargés sous l'influence de fluctuations quantiques dans le vide. Le plus souvent on parle de deux surfaces de miroirs parallèles non chargées placées à faible distance, mais l'effet Casimir existe aussi dans des géométries plus complexes. La cause de l'effet Casimir réside dans les fluctuations d'énergie dans le vide physique dues à la naissance et à la disparition constantes de particules virtuelles. Cet effet a été prédit par le physicien néerlandais Hendrik Casimir (1909-2000) en 1948, puis confirmé expérimentalement.

L'essence de l'effet

Selon la théorie quantique des champs, le vide physique n’est pas un vide absolu. Des paires de particules et d'antiparticules virtuelles y naissent et disparaissent constamment - des oscillations (fluctuations) constantes des champs associés à ces particules se produisent. En particulier, des oscillations se produisent dans le champ électromagnétique associé aux photons. Dans le vide, des photons virtuels correspondant à toutes les longueurs d'onde du spectre électromagnétique naissent et disparaissent. Cependant, dans l’espace entre des surfaces de miroir rapprochées, la situation change. À certaines longueurs de résonance (un nombre entier ou demi-entier de fois entre les surfaces), les ondes électromagnétiques sont amplifiées. Au contraire, à toutes les autres longueurs, qui sont plus grandes, ils sont supprimés (c'est-à-dire que la naissance des photons virtuels correspondants est supprimée). En conséquence, la pression des photons virtuels de l’intérieur sur les deux surfaces s’avère inférieure à la pression exercée sur celles-ci de l’extérieur, où la naissance des photons n’est en aucun cas limitée. Plus les surfaces sont proches les unes des autres, moins les longueurs d'onde entre elles sont en résonance et plus elles sont supprimées. En conséquence, la force d’attraction entre les surfaces augmente.

Le phénomène peut être décrit au sens figuré comme une « pression négative », lorsque le vide est privé non seulement de particules ordinaires, mais aussi de certaines particules virtuelles, c'est-à-dire que « tout a été pompé et un peu plus ».

Dans le cas d'une géométrie plus complexe (par exemple, l'interaction d'une sphère et d'un plan ou l'interaction d'objets plus complexes) valeur numérique et le signe du coefficient change, ainsi la force de Casimir peut être à la fois une force attractive et une force répulsive.

Fin de citation.

Ce cas est remarquable dans la mesure où le comportement semblait être purement Système mécanique– la poudre métallique, s'est avérée être liée aux effets quantiques et à l'une de leurs conséquences les moins comprises, me semble-t-il, pour beaucoup – les particules virtuelles.

L'effet Casimir peut atteindre des valeurs significatives, mais seulement à des distances inférieures à une centaine de nanomètres. Par conséquent, bien que théoriquement cet effet ait été prédit par Hendrik Casimir en 1948, sa confirmation expérimentale n'est apparue qu'en 1997 (49 ans plus tard). La confirmation de l'effet de répulsion découvert par Evgeniy Lifshitz en 1956 a dû attendre 53 ans - elle n'a été confirmée qu'en 2009.

Le vide « vide » qui existait dans la mécanique classique s'est avéré ne pas être si vide : lors de l'étude des effets de la mécanique quantique, il s'est avéré qu'il était rempli de paires de particules virtuelles qui se forment et s'annihilent continuellement entre elles. De plus, si vous placez deux plaques de conducteurs parallèles à une distance très rapprochée courant électrique, alors les particules formées dans ce cas s'éteindront sous l'effet de l'interférence des ondes. Plus les plaques sont proches, moins il restera de particules virtuelles entre elles, tandis que dans l'environnement extérieur leur nombre restera le même (ainsi que la pression qu'elles produisent), ce qui créera une force de plus en plus grande visant à attirer les plaques.

Un analogue de ce phénomène, basé sur l'interférence des vagues dans un milieu aquatique

Effet d'attraction

A une distance de 10 nanomètres entre les plaques, cette force peut créer une pression proche de la pression atmosphérique, mais comme sa force diminue jusqu'à 4 puissances de distance, sa valeur à une distance de déjà 100 nanomètres devient difficile à enregistrer. Cet effet a été proposé pour être utilisé dans divers systèmes nanomécaniques et même en remplacement de la matière exotique pour la stabilisation des trous de ver.

Effet de répulsion

En 1956, Evgeniy Lifshits montrait que si l'espace entre deux surfaces était rempli d'un matériau diélectrique, ce phénomène pouvait changer de signe. La première expérience confirmant cet effet a consisté à presser une boule plaquée or d'un diamètre de seulement 40 microns sur un film d'or et une plaquette de silicium (pour mesurer l'effet d'attraction et de répulsion, respectivement) placés dans un milieu liquide - le bromobenzène. Les auteurs de ces travaux, publiés dans Nature en 2009, indiquent que le mélange de deux ou plusieurs liquides peut permettre la répulsion à courte distance et l'attraction à longue distance, ce qui permettra à son tour de créer des mécanismes avec un très faible coefficient de frottement.

Résultats de l'expérience : la ligne bleue montre les résultats pour la force répulsive, la ligne jaune montre les résultats pour la force attractive. Déjà à une distance de 80 nm, les forces mesurées deviennent comparables aux erreurs de mesure.

Effet dynamique

Ce phénomène réside dans le fait que si le miroir se déplace à une vitesse relativiste, alors certaines des paires virtuelles de particules n'ont pas le temps de s'annihiler et se séparent, se transformant ainsi en photons réels. L’existence d’un tel effet a été prédite au milieu des années 70 par Julian Schwinger et confirmée par les scientifiques en 2011. Pour mener l’expérience, ils ont utilisé un interféromètre quantique supraconducteur, capable de simuler un miroir électromagnétique se déplaçant à 5 % de la vitesse de la lumière. Ce phénomène ne viole pas la loi de conservation de l'énergie (comme cela peut paraître), puisque l'énergie est consommée pour déplacer le miroir. Sur ce moment il n'est considéré que comme un système de propulsion hypothétique similaire à celui actuellement testé en plusieurs endroits à la fois

Il y a environ 50 ans, Heinrich Casimir a découvert que dans le vide entre deux surfaces, il existe une certaine force qui peut créer une véritable révolution scientifique.

Si vous prenez deux miroirs et les placez dans un espace vide, l’attraction commence entre eux car il y a un vide entre eux. Ce phénomène a été découvert par Casimir en 1948, alors qu'il étudiait à centre scientifiqueà Eindhoven. Ce phénomène s'appelle l'effet Casimir, et la force qui apparaît entre deux miroirs s'appelle la force Casimir.

Pendant longtemps, on a cru que l’effet Casimir n’était qu’une théorie intéressante. Cependant, pour Dernièrement Il y a un intérêt croissant pour ce phénomène. Il a été établi que la force de Casimir affecte directement les mécanismes microscopiques, et grâce aux progrès des équipements techniques, cette force peut être mesurée avec une précision accrue.

Cet effet peut présenter un certain intérêt pour la physique fondamentale. Il existe de nombreuses théories selon lesquelles il existe des dimensions supplémentaires étendues dans les théories à dix et onze dimensions. Selon ces théories, il existe un certain écart par rapport à la gravité newtonienne standard à des distances de la plus petite fraction de millimètre. Ainsi, en mesurant l’effet Casimir, ces hypothèses peuvent être testées.

L'étude de Casimir sur les solutions colloïdales

Travaillant au centre de recherche d'Eindhoven, Casimir a étudié les propriétés caractéristiques de ces substances à indice de viscosité élevé, qui contiennent des particules de la taille du micron. Leurs propriétés sont déterminées par les forces de Van der Waals - ce sont des forces d'attraction à longue portée qui apparaissent entre des molécules et des atomes neutres.

Theo Overbeck, collègue de Casimir, a noté que la théorie de Fritz London décrivant les forces de Van der Waals ne peut pas donner une évaluation correcte des données expérimentales. Il demanda à Casimir de travailler sur ce problème. Casimir a découvert qu'il est impossible de décrire correctement l'interaction observée entre 2 molécules neutres en se basant sur le fait qu'elle est constante.

Après cela, le scientifique a noté que ce résultat peut être décrit si l’on prend en compte les fluctuations de l’atome. La fluctuation est un terme qui décrit tous les types de fluctuations et de changements périodiques. Le scientifique a alors pensé qu'au lieu de deux molécules, on pourrait installer deux miroirs, leurs faces réfléchissantes se faisant face. Il a donc prédit la force d’attraction qui existe entre les plaques réfléchissantes.

Effet Casimir dynamique

Selon la théorie quantique, le vide n’est pas un vide ordinaire. Des fluctuations d'énergie y sont régulièrement observées - des particules virtuelles et des antiparticules naissent et meurent. Ils sont capables d'exercer une pression. Ce phénomène est appelé « effet Casimir statique ». Cela a été prouvé par des expériences. Cependant, en théorie, il existe également un effet Casimir dynamique - la transformation des fluctuations du vide en particules réelles (par exemple, des photons). C’est exactement l’effet observé par les scientifiques.

Avec l'effet Casimir dynamique, les miroirs doivent osciller et leur vitesse doit être comparable à la vitesse de la lumière. Pour ce faire, les physiciens ont dû installer des surfaces métalliques dans un champ magnétique puissant. Le taux de vibration de ce champ était de onze milliards de fois par seconde. Les surfaces ont commencé à se déformer à une vitesse équivalant à 5 % de la vitesse de la lumière, et l'apparition de photons a été enregistrée à la sortie. À en juger par les propriétés des photons, on pourrait affirmer qu’ils sont apparus par paires.

Au cours des dernières années, les scientifiques ont tenté de prouver que les gens n’ont absolument pas besoin de dépendre des combustibles fossiles.

Ils prétendent que nous continuons à nous battre pour les sources d'énergie, à détruire environnement et nuire à la terre mère. Nous continuons à utiliser les mêmes vieilles méthodes qui génèrent des milliards de dollars pour les dirigeants du secteur énergétique. Les grands médias continuent de propager l’idée que nous sommes dans une crise énergétique, que nous nous approchons d’un problème grave dû au manque de ressources.

Concept énergétique du point zéro

Certains chercheurs affirment que le même groupe d’actionnaires qui possède le secteur de l’énergie possède également les médias d’entreprise. Cela semble être une autre tactique de peur et une autre excuse pour ne pas utiliser l’énergie gratuite. Par exemple, il est utilisé dans la pratique.

Comment peut-il y avoir une pénurie de ressources alors que nous disposons de systèmes capables de fournir des ressources sans emprunt extérieur ? Cela signifie que ces systèmes peuvent fonctionner indéfiniment et fournir des ressources à la planète entière sans brûler de combustibles fossiles. Cela éliminerait la plupart des « factures » que les gens paient pour vivre et réduirait effets nuisibles l'impact que nous avons sur la terre et son environnement.

Même si vous ne croyez pas au concept d’énergie libre (également connue sous le nom d’énergie du point zéro), nous disposons de plusieurs sources propres qui rendent toute énergie obsolète.

Cet article se concentrera principalement sur le concept d’énergie libre, prouvé par des chercheurs du monde entier qui ont mené des expériences et publié leurs travaux.

Cependant, si les nouvelles technologies énergétiques étaient gratuites partout dans le monde, les changements seraient profonds. Cela toucherait tout le monde, cela s’appliquerait partout. Ces technologies constituent sans aucun doute la chose la plus importante qui se soit produite dans l’histoire du monde.

Le pouvoir de l'énergie de Casimir

L’effet Casimir est une preuve d’un exemple d’énergie libre qui ne peut être réfuté.

L'énergie a été prédite par le physicien théoricien allemand Heinrich Casimir en 1948, mais n'a pas été obtenue expérimentalement en raison du manque de technologie à cette époque.

L'effet Casimir illustre l'énergie du point zéro ou état de vide, qui prédit que deux plaques métalliques proches l'une de l'autre s'attireront en raison d'un déséquilibre des fluctuations quantiques.

Les implications de cette situation sont considérables et ont été décrites en détail en physique théorique par des chercheurs du monde entier. Aujourd’hui, nous commençons à comprendre que ces concepts ne sont pas seulement théoriques, mais aussi pratiques.

Les vides sont généralement considérés comme des vides, mais Hendrik Casimir pensait qu'ils ne contenaient pas d'oscillations d'ondes électromagnétiques. Il a émis l’hypothèse que deux plaques métalliques maintenues sous vide pourraient absorber les ondes, créant ainsi une énergie du vide susceptible d’attirer ou de repousser les plaques.

Si vous placez deux plaques dans le vide, elles s'attirent et cette force est appelée effet Casimir comme énergie du vide (oscillations du point zéro). Des études récentes menées à l'Université Harvard, à l'Université d'Amsterdam et ailleurs ont confirmé l'exactitude de l'effet Casimir.

Cependant, la force de Casimir est très faible et est détectée si les corps sont séparés de plusieurs microns et augmente fortement si les corps se rapprochent à une distance inférieure au micron.

À une distance de 10 nm (des centaines de la taille d'un atome typique), la force de Casimir est comparable à la pression atmosphérique.