www.wikidata.uk-ua.nina.az
Efekt Kazimi ra vzayemne prityagannya mizh dvoma metalevimi plastinami u vakuumi zumovlene kvantuvannyam nulovih kolivan elektromagnitnogo polya Efekt Kazimira peredbachili u 1948 roci niderlandski fiziki Gendrik Kazimir i Dirk Polder en Eksperimentalno efekt viyavleno 1958 roku Odnak pershi vimiryuvannya mali veliku eksperimentalnu pohibku tozh tochnishih rezultativ dovelosya chekati do kincya 90 h rokiv XX stolittya Sila prityagannya mizh dvoma paralelnimi metalevimi plastinami na odinicyu ploshi u vakuumi za rozrahunkami dorivnyuye F c S d d a E S ℏ c p 2 240 a 4 displaystyle F c over S frac d da frac langle E rangle S frac hbar c pi 2 240a 4 de F c displaystyle F c sila Kazimira ℏ displaystyle hbar zvedena stala Planka c displaystyle c shvidkist svitla u vakuumi a displaystyle a viddal mizh plastinami E displaystyle E energiya nulovih kolivan elektromagnitnogo polya S displaystyle S plosha plastin Zmist 1 Sut efektu 2 Velichina sili Kazimira 3 Vivedennya efektu Kazimira pripuskayuchi zeta regulyarizaciyu 4 Istoriya vidkrittya 5 Eksperimentalne viyavlennya efektu 6 Suchasni doslidzhennya efektu Kazimira 7 Praktichne vikoristannya 8 Div takozh 9 Literatura 10 Dzherela 11 Posilannya 12 PrimitkiSut efektu RedaguvatiZgidno z kvantovoyu teoriyeyu polya fizichnij vakuum ne yavlyaye soboyu cilkovitu porozhnechu U nomu postijno narodzhuyutsya j znikayut pari virtualnih chastinok i antichastinok vidbuvayutsya postijni kolivannya yaki pov yazani z cimi chastinkami poliv Razom iz tim vidbuvayutsya kolivannya yaki pov yazani z fotonami elektromagnitnogo polya U vakuumi z yavlyayutsya j znikayut virtualni fotoni yaki vidpovidayut usim dovzhinam hvil elektromagnitnogo spektra Odnak u prostori de dzerkalni poverhni blizko roztashovani odna vid odnoyi situaciya desho insha Na pevnih rezonansnih dovzhinah elektromagnitni hvili posilyuyutsya Na vsih inshih dovzhinah yaki ye bilshimi ci hvili slabshayut Ce vidbuvayetsya vnaslidok togo sho v prostori mizh plastinami mozhut isnuvati lishe stoyachi hvili amplituda yakih na plastinah dorivnyuye nulyu U rezultati cogo tisk virtualnih fotoniv zseredini na dvi poverhni ye menshim nizh tisk na nih zzovni de poyava fotoniv nichim ne obmezhuyetsya Chim blizhche poverhni odna do odnoyi tim mensha dovzhina hvil mizh nimi i v rezonansi Takij stan vakuumu v literaturi nazivayut vakuumom Kazimira Yak naslidok zrostaye prityagannya mizh poverhnyami Obrazno ce yavishe mozhna opisati yak vid yemnij tisk koli u vakuumi nemaye ne lishe zvichajnih chastinok ale j virtualnih Iz cim yavishem pov yazanij takozh efekt Sharnhorsta Velichina sili Kazimira RedaguvatiSili prityagannya yaka diye na odinicyu ploshi dvoh idealnih dzerkalnih poverhon yaki ye paralelnimi ta perebuvayut v absolyutnomu vakuumi dorivnyuye F c A ℏ c p 2 240 d 4 displaystyle F c over A hbar c pi 2 over 240d 4 nbsp de ℏ displaystyle hbar nbsp zvedena stala Planka c displaystyle c nbsp shvidkist svitla u vakuumi d displaystyle d nbsp vidstan mizh poverhnyami Zvidsi viplivaye sho sila Kazimira dovoli mala Vidstan na yakij vona pochinaye buti hocha b trohi pomitnoyu dorivnyuye vsogo lishe dekilkom mikrometram Odnak oskilki vona oberneno proporcijna vidstani v 4 mu stepeni to duzhe shvidko zbilshuyetsya zi skorochennyam vidstani Na vidstani yaka dorivnyuye blizko 10 nm tisk vid efektu Kazimira viyavlyayetsya rivnim atmosfernomu U vipadku skladnishoyi geometriyi napriklad vzayemodiyi sferi j ploshini abo vzayemodiyi vazhchih ob yektiv chislove znachennya j znak koeficiyenta zminyuyetsya 1 takim chinom sila Kazimira mozhe buti yak siloyu prityagannya tak i siloyu vidshtovhuvannya Popri te sho u formuli dlya viznachennya sili Kazimira vidsutnya stala tonkoyi strukturi yaka ye osnovnoyu harakteristikoyu elektromagnitnoyi vzayemodiyi cej efekt maye elektromagnitne pohodzhennya Pri vrahuvanni kincevoyi providnosti plastin z yavlyayetsya zalezhnist vid a displaystyle alpha nbsp a standartnij viraz sili z yavlyayetsya v granichnomu vipadku a m c 4 p ℏ n d 4 displaystyle alpha gg mc 4 pi hbar nd 4 nbsp de n displaystyle n nbsp gustina elektroniv u plastinci Vivedennya efektu Kazimira pripuskayuchi zeta regulyarizaciyu RedaguvatiU pervinnomu rozrahunku zroblenomu Kazimirom vin rozglyadav prostir mizh paroyu metalevih plastin sho roztashovani na vidstani a displaystyle a nbsp odna vid odnoyi U comu vipadku stoyachi hvili osoblivo legko obchisliti oskilki poperechna skladova elektrichnogo polya ta normalna skladova magnitnogo polya povinni vipadati na poverhni providnika Yaksho pripustiti sho plastini lezhat paralelno ploshini xy stoyachi hvili vivodyatsya takoyu formuloyu ps n x y z t e i w n t e i k x x i k y y sin k n z displaystyle psi n x y z t e i omega n t e ik x x ik y y sin k n z nbsp de ps displaystyle psi nbsp oznachaye elektrichnu skladovu elektromagnitnogo polya a dlya stislosti polyarizaciya ta magnitni komponenti tut ignoruyutsya Tut k x displaystyle k x nbsp ta k y displaystyle k y nbsp hvilovi chisla v napryamkah paralelnih plastinam ik n n p a displaystyle k n frac n pi a nbsp chislo hvil perpendikulyarne plastinam Tut n cile chislo sho viplivaye z vimogi yaka propadaye na metalevih plastinah Chastota ciyeyi hvili stanovitw n c k x 2 k y 2 n 2 p 2 a 2 displaystyle omega n c sqrt k x 2 k y 2 frac n 2 pi 2 a 2 nbsp de c shvidkist svitla Energiya vakuumu ce suma za vsima mozhlivimi rezhimami zbudzhennya Oskilki plosha plastin velika mi mozhemo pidsumuvati integruyuchi ponad dva vimiri v k prostir Pripushennya pro periodichni granichni umovi daye nastupnu umovu E ℏ 2 2 A d k x d k y 2 p 2 n 1 w n displaystyle langle E rangle frac hbar 2 cdot 2 int frac Adk x dk y 2 pi 2 sum n 1 infty omega n nbsp de A plosha metalevih plastin a dlya dvoh mozhlivih polyarizacij hvili vvoditsya koeficiyent 2 Cej viraz yavno neskinchennij i shob pristupiti do obchislennya bulo b zruchno vvesti regulyator dokladnishe rozglyanuto nizhche Regulyator bude sluzhiti dlya togo shob viraz stav skinchennim i vreshti resht zmig buti vidalenim Zeta regulovana versiya energiyi na odinicyu ploshi plastini rozglyanuta nizhche E s A ℏ d k x d k y 2 p 2 n 1 w n w n s displaystyle frac langle E s rangle A hbar int frac dk x dk y 2 pi 2 sum n 1 infty omega n vert omega n vert s nbsp Zreshtoyu slid vstanoviti obmezhennya s 0 displaystyle s to 0 nbsp do nulya Tut s prosto kompleksne chislo yake ne mozhna plutati z formoyu obgovorenoyu ranishe Cya integralna suma ye skinchenoyu dlya dijsnih s bilshih za 3 Suma maye polyus pri s 3 ale mozhe buti analitichno prodovzhena do s 0 de viraz skinchennij Nizhchenavedenij viraz sproshuye E s A ℏ c 1 s 4 p 2 n 0 2 p q d q q 2 p 2 n 2 a 2 1 s 2 displaystyle frac langle E s rangle A frac hbar c 1 s 4 pi 2 sum n int 0 infty 2 pi qdq left vert q 2 frac pi 2 n 2 a 2 right vert 1 s 2 nbsp de polyarni koordinati q 2 k x 2 k y 2 displaystyle q 2 k x 2 k y 2 nbsp buli vvedeni shob peretvoriti podvijnij integral v yedinij integral Takim chinom q displaystyle q nbsp speredu Yakobijske i 2 p displaystyle 2 pi nbsp pohodit vid kutovoyi integraciyi Integral sproshuyetsya yaksho Re s gt 3 v rezultati chogo mayemo E s A ℏ c 1 s p 2 s 2 a 3 s 1 3 s n n 3 s ℏ c 1 s p 2 s 2 a 3 s n 1 n s 3 displaystyle frac langle E s rangle A frac hbar c 1 s pi 2 s 2a 3 s frac 1 3 s sum n vert n vert 3 s frac hbar c 1 s pi 2 s 2a 3 s sum n frac 1 left n right s 3 nbsp Suma rozhoditsya koli s pryamuye do nulya ale yaksho dempferuvannya velikochastotnih zbudzhen sho vidpovidayut analitichnomu prodovzhennyu zeta funkciyi Rimana s 0 vvazhayetsya vrahovuyuchi fizichnij zmist E A lim s 0 E s A ℏ c p 2 6 a 3 z 3 displaystyle frac langle E rangle A lim s to 0 frac langle E s rangle A frac hbar c pi 2 6a 3 zeta 3 nbsp Ale potribno vrahuvati shoz 3 1 120 displaystyle zeta 3 frac 1 120 nbsp Tomu vihodit takij viraz E A ℏ c p 2 720 a 3 displaystyle frac langle E rangle A frac hbar c pi 2 720a 3 nbsp Analitichne prodovzhennya ochevidno vtratilo pozitivnu neskinchennist pri comu tochno vrahovuyuchi nulovu tochku energiyi yaka ne vklyuchena vishe poza prorizom mizh plastinami ale yaka zminyuyetsya pri rusi plastini v zakritij sistemi Sila Kazimira na odinicyu ploshi F c A displaystyle F c A nbsp dlya dobre idealizovanih providnih plastin z vakuumom mizh nimi stanovitF c A d d a E A ℏ c p 2 240 a 4 displaystyle F c over A frac d da frac langle E rangle A frac hbar c pi 2 240a 4 nbsp de ℏ displaystyle hbar nbsp zvedena stala Planka c displaystyle c nbsp shvidkist svitla u vakuumi d displaystyle d nbsp vidstan mizh poverhnyami Sila negativna tobto plastini prityaguyutsya pri peresuvanni plastin blizhche odna do odnoyi energiya zmenshuyetsya Nayavnist ℏ displaystyle hbar nbsp svidchit pro te sho sila Kazimira na odinicyu ploshi F c A displaystyle F c A nbsp duzhe mala i krim togo sila po suti maye kvantovo mehanichne pohodzhennya Istoriya vidkrittya RedaguvatiHendrik Kazimir pracyuvav u Philips Research Laboratories v Niderlandah vivchav koloyidni rozchini v yazkih rechovin yaki mistyat chastinki mikronnih rozmiriv Odin iz jogo koleg Teo Overbek Theo Overbeek viyaviv sho povedinka koloyidnih rozchiniv ne zovsim uzgodzhuyetsya z nayavnoyu teoriyeyu i poprosiv Hendrika Kazimira dosliditi cyu problemu Potim Kazimir dijshov do visnovku sho vidhilennya vid ochikuvanoyi teoriyeyu povedinki mozhe buti dovedeno yaksho vrahovuvati vpliv fluktuacij vakuumu na mizhmolekulyarni vzayemodiyi Ce j pidshtovhnulo jogo do pitannya yak mozhut vplinuti fluktuaciyi vakuumu na dvi paralelni dzerkalni poverhni Zgodom ce privelo do znamenitogo pripushennya pro isnuvannya sili tyazhinnya mizh paralelnimi dzerkalnimi poverhnyami Eksperimentalne viyavlennya efektu RedaguvatiKoli u 1948 roci Hendrik Kazimir zrobiv svoye pripushennya pereviriti efekt na praktici bulo duzhe vazhkim zavdannyam cherez vidsutnist nayavnih na toj chas tehnologij ta slabkist samogo efektu Odin z pershih eksperimentiv proviv v 1958 roci Markus Spaarnej Marcus Spaarnay v laboratoriyi Philips v Ejndgoveni Spaarnej dijshov do visnovku sho jogo rezultati ne superechat teoretichnim pripushennyam Kazimira U 1997 roci pochalas seriya tochnishih eksperimentiv v yakih bulo vstanovleno sho rezultati eksperimentiv vidpovidayut teoretichnim rozrahunkam iz tochnistyu bilsh yak 99 U 2011 roci grupa vchenih z Tehnichnogo universitetu Chalmersa pidtverdili dinamichnij efekt Kazimira V eksperimenti za dopomogoyu pristroyu pid nazvoyu SQUID en vcheni otrimali podobu dzerkala yake pid vplivom magnitnogo polya kolivalosya zi shvidkistyu 5 vid shvidkosti svitla Cogo viyavilos dostatno dlya togo shob pobachiti dinamichnij efekt Kazimira SQUID viprominyuvav potik mikrohvilovih fotoniv do togo zh yihnya chastota bula rivna polovini chastoti kolivannya dzerkala Same takij rezultat peredbachala kvantova teoriya 2 3 U 2012 roci grupa vchenih iz Floridskogo universitetu skonstruyuvala pershu mikroshemu dlya vimiru sili Kazimira mizh elektrodom i kremniyevoyu plastinoyu tovshinoyu 1 42 nm pri kimnatnij temperaturi Pristrij pracyuye v avtomatichnomu rezhimi i maye vmontovanij privid yakij regulyuye vidstan mizh plastinami vid 1 92 nm do 260 nm zberigayuchi paralelnist Rezultati vimiriv dosit tochno zbigayutsya z teoretichnimi znachennyami Cej eksperiment pokazuye sho na takij vidstani sila Kazimira mozhe buti osnovnoyu siloyu vzayemodiyi mizh plastinami 4 5 V 2015 roci vdalosya eksperimentalno viyaviti j vimiryati krutnij moment Kazimira 6 Suchasni doslidzhennya efektu Kazimira Redaguvatiefekt Kazimira dlya dielektrikiv efekt Kazimira pri absolyutnomu nulyu zv yazok efektu Kazimira ta inshih efektiv abo rozdiliv fiziki zv yazok z geometrichnoyu optikoyu dekogerenciyeyu fizikoyu polimeriv dinamichnij efekt Kazimira Vrahuvannya efektu Kazimira pri rozrobci visokochutlivih MEMS pristroyiv Praktichne vikoristannya RedaguvatiVikonuyutsya sprobi praktichnogo vikoristannya efektu Kazimira u dviguni na osnovi plazmi fizichnogo vakuumu Div takozh RedaguvatiOdnopetlova diagrama FejnmanaLiteratura RedaguvatiMostepanenko V M Trunov N N Effekt Kazimira i ego prilozheniya Arhivovano 1 grudnya 2020 u Wayback Machine UFN 1988 T 156 vyp 3 S 385 426 Grib A A Mamaev S G Mostepanenko V M Vakuumnye kvantovye effekty v silnyh polyah M Energoatomizdat 1988 Dzherela RedaguvatiA Lambreht Effekt Kazimira sila iz nichego Arhivovano 5 bereznya 2016 u Wayback Machine V Mostepanenko Effekt Kazimira Arhivovano 27 listopada 2019 u Wayback Machine E L Rumyancev Effekt Kazimira ili problema vakuuma Arhivovano 8 serpnya 2011 u Wayback Machine Scientific ru Effekt Kazimira novye eksperimenty Arhivovano 6 veresnya 2019 u Wayback Machine Effekt Kazimira na arxiv org Arhivovano 30 sichnya 2009 u Wayback Machine Effekt Kazimira i gravitaciya Arhivovano 30 listopada 2020 u Wayback Machine Posilannya RedaguvatiO P Kobushkin Kvantova elektrodinamika Arhivovano 25 zhovtnya 2020 u Wayback Machine ESUPrimitki Redaguvati Effekt Kazimira n t ru Arhiv originalu za 27 listopada 2019 Procitovano 27 listopada 2019 Fiziki vpervye zaregistrirovali dinamicheskij effekt Kazimira www membrana ru Arhiv originalu za 20 sichnya 2012 Procitovano 27 listopada 2019 Wilson C M Johansson G Pourkabirian A Simoen M Johansson J R Duty T Nori F Delsing P 2011 11 Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit Nature angl 479 7373 s 376 379 ISSN 1476 4687 doi 10 1038 nature10561 Arhiv originalu za 5 travnya 2020 Procitovano 27 listopada 2019 Pervyj chip dlya izmereniya sily Kazimira habr com ros Arhiv originalu za 25 lyutogo 2022 Procitovano 27 listopada 2019 arXiv Emerging Technology from the Engineers Unveil First Casimir Chip That Exploits The Vacuum Energy MIT Technology Review amer Arhiv originalu za 9 listopada 2018 Procitovano 27 listopada 2019 Somers David A T Garrett Joseph L Palm Kevin J Munday Jeremy N 2018 12 Measurement of the Casimir torque Nature angl 564 7736 s 386 389 ISSN 1476 4687 doi 10 1038 s41586 018 0777 8 Arhiv originalu za 23 bereznya 2019 Procitovano 27 listopada 2019 Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Efekt Kazimira amp oldid 40183742