Сила и ефект на Казимир

В квантовата теория на полето ефектът на Казимир е налягането от привличането между две плоски, успоредни метални плочи, поставени много близо една до друга във вакуум. То се дължи на намаляването на обичайния брой виртуални частици в пространството между плочите.

В квантовата теория на полето ефектът на Казимир е налягането от привличането между две плоски, успоредни метални плочи, поставени много близо една до друга във вакуум. То се дължи на намаляването на обичайния брой виртуални частици в пространството между плочите. Тъй като силата на налягането намалява рязко при отдалечаване на обектите, тя е измерима, само когато разстоянието между тях е изключително малко. Ефектът е предсказан от холандския физик Хендрик Казимир и наблюдаван при експеримент проведен от самия него през 1948г.

Фактът, че между две проводящи метални повърхности трябва да съществува сила на привличане, е предсказан от Казимир, който изследва свойствата на колоидни разтвори в лабораториите на Филипс в Холандия. Свойствата на тези разтвори се определят от далекодействащи вандервалсови сили – сили на привличане между неутралните атоми и молекули.  Един от колегите на Казимир, Овербек, осъзнава, че създадената през 1932 г. от Фриц Лондон теория за произхода на силите на Ван дер Ваалс не обяснява добре експерименталните наблюдения в колоиди. Овербек моли Казимир да изследва проблема и последният, работейки заедно с Дирк Полдер, открива, че взаимодействието между две неутрални молекули може да бъде описано коректно, само ако се отчете крайната стойност на скоростта на светлината.  Скоро след това Казимир забелязва, че този резултат може да се интерпретира от гледна точка на флуктуациите на вакуума. Именно тогава си задава въпроса какво би станало, ако във вакуума има не две молекули, а две обърнати едно срещу друго огледала. Именно тази работа води до прочутото му предсказание за наличие на сила на привличане между отразяващи повърхност.  Въпреки че наличието на сила на Казимирвидимо противоречи на здравия разум, всъщност то е напълно разбираемо. В далечните времена на класическата механика представата за вакуум е проста: вакуум e онова, което остава след като изпразните един съд от съдържащите се в него частици и понижите температурата до абсолютната нула. Квантовата механика обаче изменя коренно представата за вакуума. Оказа се, че всички полета, в частност и електромагнитното, имат флуктуации, т.е. във всеки даден момент тяхната истинска стойност се мени около една постоянна средна стойност. Даже в идеалния вакуум при абсолютна нула съществуват флуктуиращи полета, известни като “флуктуации на вакуума”, чиято средна енергия съответства на половината от енергията на един фотон. Флуктуациите на вакуума обаче не са някакви абстракции, плод на фантазията на физиците. Те притежават наблюдаеми последствия, които могат да се онагледят пряко на микроскопично равнище. Така например един възбуден атом не остава в това си състояние безкрайно дълго, а чрез спонтанно излъчване на фотон се връща в основното си състояние. Този преход е следствие от флуктуациите на вакуума.

Представете си, че се опитвате да балансирате подострен молив, поставен вертикално върху пръста на ръката ви. Моливът ще стои в това положение само при условие, че ръката е абсолютно неподвижна и нищо не нарушава равновесието. Наличието и на най-малкото смущение ще наруши равновесието и моливът ще падне в по-стабилно положение. По подобен начин флуктуациите на вакуума предизвикват преходите на възбудените атоми в техните основни състояния. Силата на Казимир е най-известният механичен ефект от флуктуациите на вакуума. Да разгледаме пространството между две плоски огледала като кухина на резонатор. Всички електромагнитни полета притежават характеристичен спектър, съдържащ много и различни честоти. Когато вакуумът няма граници, всички честоти са еднакво важни. В пространството между огледалата обаче, където полето се отразява напред-назад, положението е различно. Полетата, чиито честоти са такива, че между огледалата се нанасят цяло число полувълни, се усилват. За тяхната дължина на вълната в кухината се получава резонанс. За полетата с всички други дължини на вълната се получава отслабване. Флуктуациите на вакуума се усилват или отслабват в зависимост от това, дали честотите им са резонансни или не.  При дискутиране на въпроса за произхода на силата на Казимир е важна величината налягане на лъчението. Всяко поле, дори и полето във вакуум, притежава енергия. Доколкото всички електромагнитни полета могат да се разпространяват в пространството, те оказват определено налягане върху повърхностите, върху които попадат. Това налягане на лъчението расте заедно с енергията, т.е. с честотата на електромагнитното поле. При резонансна честота налягането вътре в кухината е по-голямо от външното налягане и това води до отблъскване на огледалата. Напротив, за честоти, които са далеч от резонансната, налягането на лъчението в кухината е по-малко от външното и огледалата се привличат.  В резултат на всичко това се оказва, че онези компоненти на полето, които предизвикват привличане, леко превъзхождат другите, причиняващи отблъскване. Изчислено е,  че ако между металните пластини се постави метаматериал (напр. квазикристал), силата променя посоката си и става отблъскваща. Това са активни саморазвиващи се системи, структурирани се според дължината на вълната, в която работят, които принуждават електромагнитните вълни да действат в обратна посока на естествената.

За две идеално проводящи плоски успоредни огледала резултантната сила на привличане F е пропорционална на площта S на огледалата и зависи обратно пропорционално от четвъртата степен d от разстоянието между тях, т.е. 4 ~ F ~ S/d4 . Като се изключат тези геометрични фактори, силата на Казимир зависи само от фундаментални константи – от константата на Планк и от скоростта на светлината.  Докато силата на Казимир, действаща между огледала, намиращи се на разстояние няколко метра едно от друго е твърде незначителна, тя може да бъде измерена, ако това разстояние е от порядъка на микрони. Така например две огледала с площ от по 1 cm2, поставени на разстояние 1 mm, се привличат със сила на Казимирот порядъка на 10-7 N – приблизително колкото е теглото на водна капка с диаметър половин милиметър. Въпреки че тази сила изглежда малка, на субмилимикронни разстояния силата на Казимир е най-голямата сила, действаща между два неутрални обекта.

В практически план

Силата на Казимир в практически план означава, че при слепването на филтрациите, се намалява притока енергийния поток и по този начин се спира достъпа на информация от Потенциала. Честото влизане в режим на затваряне като следствие води до болестни състояния, депресии, проблеми или изобщо код „самоунищожение“. Примери за такива състояния са гняв, завист, ревност, злоба, страх, омраза, съпротива, самосъжаление и т.н.Излизането се постига чрез предизвикване на осъзнат резонанс между пластините (осъзнато приемане на всяка ситуация, осъзнато търсене на красота във всичко, осъзното правене в необходимата посока (дори когато ни мързи, страх ни е, не знаем) и т.н. чрез привнасяне отвътре навън на честоти Любов, Честност, Приемане, Вяра, Истина).

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Още статии

Упражнения

Медитации

МАГАЗИН