【物理常见问题】-[版权所有]

Don Koks计算,2002年
原版菲利普·吉布斯,1997年


什么是卡西米尔效应?

卡西米尔效应是一种微小的吸引力,作用于两个紧密平行的物体之间不带电的传导盘子。它是由电磁场的量子真空涨落引起的。

荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔(Hendrick Casimir)于1948年预测了这种效应。根据量子理论真空中含有处于连续波动状态的虚拟粒子(参见物理学常见问题解答文章虚拟粒子).卡西米尔意识到,在两个盘子之间,计算真空能量。能量密度随着板移动得越来越近而降低,这这意味着有一股小力量将他们拉在一起。

两个面积板之间的吸引Casimir力A类相隔一段距离L(左)可以是计算为

πh cF=------A,480升4

哪里小时普朗克常数和c(c)是光速。

这个微小的力是由史蒂文·拉莫雷奥在1996年测量的。他的结果与理论相符在5%的实验不确定度范围内。

光子以外的粒子也会产生较小的影响,但只有光子力是可测量的。全部光子等玻色子产生一个吸引人的卡西米尔力,而费米子则产生排斥作用。如果电磁是超对称的,“费米子光子”将存在,其贡献将完全抵消这一点所以不会有卡西米尔效应。卡西米尔效应的存在表明,如果自然界中存在超对称,它一定是一种破对称

根据该理论,真空中的总零点能量加起来是无限的光子模式。卡西米尔效应来自无穷大相消的能量差。  The真空的能量是量子引力理论中的一个难题,因为它应该在引力作用下产生宇宙常数大,导致时空卷曲。预计不一致的解决方案是发现于量子引力理论中。


一些示例

让我们看看实际的力量到底有多大。L(左)在分母中更大的L(左)gets,力越小;因为力的四次方L(左),随着距离的增加,下降幅度将非常大。所以让我们L(左)小号,一号微米和一平方米的大盘子:

π×6.6×10-34× 3 × 108× 1F=-------------------------------牛顿,480 × 10-24

或者1.3 mN。既然1公斤的重量约为10牛顿,那么1.3 mN就是0.13克的重量。那是很小,但可以测量,除了将两块一平方米的板相隔一微米之外,很难实践。但使用较小的板会产生较小的力。例如,面积为1平方的板厘米放置了1毫米分开会感觉到一个相当于10−17克,这要小得多!


工具书类

H.B.G.Casimir,程序。科恩。内德·阿卡德。韦滕施。B51型, 793 (1948)

S.Lamoreaux,0.6至6μm范围内卡西米尔力的演示,物理。修订稿。78, 5(1997)和勘误表,物理。修订稿。81, 5475 (1998)