Эффект Казимира: шаг навстречу космическим путешествиям

    Вы, наверное, слышали о так называемом эффекте Казимира в научно-фантастическом фильме, но было ли вам известно, что энергию пустого пространства можно в теории использовать для исследования Вселенной? Эффект Казимира описывает, что в пустом пространстве есть энергия, которая может воздействовать на физические объекты. Ученые разрабатывают способы применения этой концепции в самых разных областях, от освоения космоса […]

    Эффект Казимира: шаг навстречу космическим путешествиям

    Космос

    Вы, наверное, слышали о так называемом эффекте Казимира в научно-фантастическом фильме, но было ли вам известно, что энергию пустого пространства можно в теории использовать для исследования Вселенной? Эффект Казимира описывает, что в пустом пространстве есть энергия, которая может воздействовать на физические объекты. Ученые разрабатывают способы применения этой концепции в самых разных областях, от освоения космоса до нанотехнологий. Правильно используемое «пустое пространство» Вселенной может быть использовано для ускорения космических кораблей в регионы, в настоящее время неизведанные человеком.

    Как работает эффект Казимира?

    Эффект Казимира пытается объяснить, почему «пустое пространство», или «вакуум», обладает энергией, силой, которая может оказывать влияние на реальные объекты. Он появляется из двух незаряженных пластин с вакуумом между ними (также известным как основное состояние квантованного электромагнитного поля). Пластины должны находиться очень близко друг к другу, чтобы проявились эффекты (на дистанции в нанометры, в толщину цепи ДНК). Пары виртуальных частиц (материи и антиматерии) то и дело возникают, вырабатывая фотоны в вакууме, которые оказывают воздействие на пластины как изнутри, так и по другую сторону пластин. Тем не менее, если пространство между пластинами станет достаточно малым, фотоны с длиной волны большей, чем пространство между пластинами, перестанут в него вписываться, вызвав дисбаланс сил по ту и другую сторону пластин. Пластины начнут притягиваться под воздействием внешних фотонов. Чем ближе пластины, тем сильнее силы. Чтобы это стало возможным, эффект Казимира предполагает, что должен соблюдаться принцип неопределенности Гейзенберга (вы можете измерить энергию или момент во времени объекта, но не одновременно).

    Одним из конкретных применений эффекта Казимира является так называемый динамический эффект Казимира. Одна из пластин движется назад и вперед, а другая удерживается в неподвижном состоянии. Это позволяет собрать больше энергии и направить ее, например, на движение космического корабля.

    Эксперименты и доказательства

    Сам эффект Казимира был предложен в 1948 году физиком Хендриком Казимиром. Годом ранее Казимир вместе с физиком Дирком Полдером в научно-исследовательской лаборатории Philips выдвинули идею о том, что между проводящей пластиной и атомом, а также между двумя атомами существует некая сила. Атомы должны быть поляризованы, чтобы проявлялся этот эффект — то есть разделять или накапливать положительные и отрицательные электрические заряды в двух разных областях. Эти идеи появились у физиков после бесед с Нильсом Бором, который предположил, что, находясь в самой низкой энергетической точке, система должна что-то делать с этой силой.

    Эффект Казимира

    С тех пор эффект Казимира изучался многими. За долгие годы было проведено множество экспериментов, в том числе и эти:

    • 1958 — непрямой эксперимент: Спарнаай использовал параллельные пластины, чтобы получить наглядные проявления эффекта Казимира, но с множеством экспериментальных ошибок;
    • 1972 — непрямой эксперимент: Сабиски и Андерсон измерили толщину гелиевых пленок, косвенно подтвердив эффект Казимира;
    • 1978 — непрямой эксперимент: фон Блэк и Овербеек наблюдали силу качественно;
    • 1997 — прямой эксперимент: Ламоро, Мохидин и Рой качественно измерили силу в пределах 15% от величины, предсказанной теорией;
    • 2001 — прямой эксперимент: ученые из Университета Пади использовали микрорезонаторы, чтобы обнаружить этот эффект между параллельными пластинами.

    За многие годы стало очевидно, что использование двух параллельных пластин для обнаружения этой силы требует невероятной точности, когда дело доходит до выравнивания. Одна из пластин была замещена сферической пластиной с очень большим радиусом.

    Динамический эффект Казимира потребовал больше времени для проверки. Он был предсказан в 1970-х годах и экспериментально подтвержден в мае 2011 года учеными из Технологического университета Чалмерса в Гетеборге, Швеция. Ученые генерировали микроволновые фотоны в вакууме сверхпроводящего микроволнового резонатора. Для достижения эффекта движущейся пластины ученые использовали модифицированный SQUID (сверхпроводящее устройство квантовой интерференции), чтобы регулировать дистанцию между пластинами. Результаты до сих пор находятся на рассмотрении научной экспертизы, но если они подтвердятся, это будет первое экспериментальное подтверждение динамического эффекта Казимира.

    От нанометров к космическим путешествиям

    Как же от силы, сдвигающей нанопластинки, перейти к космическим путешествиям на околосветовых скоростях? Динамический эффект Казимира можно использовать, чтобы создать двигатель для космического корабля, получая энергию прямо из вакуума. Хотя эта идея весьма амбициозная, один молодой египтянин уже ее запатентовал.

    Другая теория, которая вытекает из эффекта Казимира, заключается в том, что червоточину можно стабилизировать вследствие нехватки массы между двумя пластинами. В теории это может привести к путешествиям быстрее света, хотя это спекулятивно и вообще теория.

    К счастью, проводятся новые эксперименты, технологии улучшаются, и вполне может так статься, что использование эффекта Казимира на практике не за горами. В частности, он может пригодиться в нанотехнологиях — в кремниевой схемотехнике и осцилляторах Казимира.

    Возврат к списку

     
    Текст сообщения*
    Загрузить изображение
     



    Важные новости

    «Ночь в Педагогическом» уже близко

    1. «Ночь в Педагогическом» уже близко

    17 ноября Педагогический институт Тихоокеанского государственного университета откроет свои двери для хабаровчан и гостей города.Ежегодный масштабный праздник «Ночь в Педагогическом»позволит каждому желающему не только окунуться в студенческую жизнь вуза, но и вместе со студентами ТОГУ стать путешественникомво времени, вызвать соперника на настоящую дуэль, создать собственный фамильный герб и даже почувствовать себя королем на «Железном троне», выкованном в драконьем огне из тысячи мечей.


    Мифы, в кино с 16 ноября

    2. Мифы, в кино с 16 ноября

    Последняя надежда русского кино, продюсер и режиссер Федор, торчит денег за музыкальный клип браткам из 90-х.


    Замена-ремонт замка

    7. Замена-ремонт замка

    Причины неисправности дверных замков. Первые признаки предстоящей поломки. Ремонт и замена замков руками опытных профессионалов.


    Кардинальным образом ГИБДД решила проблему аварийного перекрестка в Хабаровске

    9. Кардинальным образом ГИБДД решила проблему аварийного перекрестка в Хабаровске

    Новшества ждут автолюбителей на хабаровском перекрестке улиц Большая и Демьяна Бедного. Он долгое время считался аварийным. В ближайшее время ситуация должна измениться – там установили знак, ограничивающий движение водителей. Такая мера вызвала недовольство горожан – теперь им нужно объезжать весь район.


    Бюджетам — плюс, собственникам — минус: хабаровчан ждет взлет налога на недвижимость

    10. Бюджетам — плюс, собственникам — минус: хабаровчан ждет взлет налога на недвижимость

    По-новому платить налог за квартиру, дачный домик или земельный участок с 2020 года будут хабаровчане. А именно - исходя из кадастровой стоимости объекта, а не инвентаризационной. В ближайшие два года оценить все имущество жителей региона предстоит экспертам краевого центра государственной кадастровой оценки и учета недвижимости (Хабкрайкадастр). Ранее этим занимались независимые специалисты. Сейчас от собственников в ведомстве ждут декларации. А люди уже переживают, что отчисления ощутимо ударят по карману.


    Актуальные новости