如何理解卡西公尺爾效應(Casimir effect)?

時間 2021-05-06 08:02:48

1樓:Roth

卡西公尺爾效應就是在真空中兩片平行的平坦金屬板之間的吸引壓力。

這一理論的特別之處是,「卡西公尺爾力」通常情況下只會導致物體間的「相互吸引」,而並非「相互排斥「。

我們不是鐵道專家和列車脫軌研究專家,對兩列火車在北半球,南北方向並列平行距離很近超高速執行,會不會發生相撞沒有發言權。

想到火車相撞中的卡西公尺爾現象,是由於研究「三旋/弦/圈理論」聯想到的。

三旋/弦/圈這三個層次,僅是龐加萊猜想的層展和呈展,也僅是在計算、應用、理解上的一種方便。

如此,分別取「三旋」、「弦論」、「圈量子」的中文拼音第乙個字母的大寫S、X、Q,簡稱為SXQ理論,它包含了既有環量子三旋理論,又有超弦/M理論,還有圈量子引力理論等所曾主要表達的數學和物理內容。

由於有人認為三旋/弦/圈(SXQ)理論難以實驗檢驗,我們研究卡西公尺爾現象發現,環量子類似乙個方板,球量子類似乙個方塊,從三維來說,方板有一維是對稱破缺的。

但正是這種破缺,使環量子和球量子的自旋如果存在輻射,那麼在卡西公尺爾效應上是可以實驗檢驗。這種模擬模型不僅能擴充套件引力場方程及量子力學方程求解的思路,豐富正、負時空聯絡的幾何圖象,而且聯絡卡西公尺爾效應中兩塊板之間零點能的量子漲落差異,還可能揭示宇宙物質的起源以及強力、弱力和電磁力等相互作用的秘密。

因為如果把引力聯結的兩個星體比作卡西公尺爾效應中的兩塊板,再把引力場彎曲產生的凹陷圖象分別貼上在兩塊板相對的一面,引力就類似蛀洞的乙個洞口與另乙個蛀洞的洞口相對這片區域的卡西公尺爾效應量子漲落產生的拉力強度。

原因是,雖然這種拉力強度遠小於星體物質自身的能量密度,但它們已表現出這片區域內的時空彎曲,相對要大於平板外側的時空彎曲,並是這種彎曲產生的拉力。

因為按海森堡的不確定性原理,所謂真空實際上充滿著許多瞬時冒出又瞬時消逝的基本粒子,這些基本粒子中的一部分將通過時空彎曲的凹面進行傳播,結果這裡的時空彎曲變成一種引力的耦合輻射。

這裡負能量與反物質的區別是,反物質擁有正的能量,例如當電子和它的反粒子正電子碰撞時,它們就湮滅,其最終產物是攜帶正能量的伽瑪射線。如果反物質是由負能量構成的,那麼這樣一種相互作用將會產生其值為零的最終能量。

但不管是哪種情況,最終這裡的引力場時空彎曲輻射差異產生了拉力強度。

由此時空彎曲不僅造成類似纖維叢的底流形與纖維的差別,而且也是產生引力和強力、弱力及電磁力等相互作用區別的根本因素。

因此求解引力,主要還是應該從愛因斯坦廣義相對論的引力方程入手。

2樓:xinren

首先,乙個問題,真空中是不是什麼都沒有,如果什麼都沒有,那麼是不是絕對零度,如果是絕對零度,那麼放到真空中的物質由於輻射也會降到絕對零度。。。是的,真空中並不是什麼都沒有,比如說物質輻射出來的電磁波,我不知道這是不是叫以太,如果兩片很接近金屬波片中間由於間隙很小,容納的電磁波的波長會被限制,相當於濾波,兩側的電磁波產生的壓力不相等,所以造成了引力,鄙人鄙見。

3樓:

卡西公尺爾效應(Casimir effect)百科:就是在真空中兩片平行的平坦金屬板之間的吸引壓力。這種壓力是由平板之間空間中的虛粒子(virtual particle)的數目比正常數目少造成的。

這一理論的特別之處是,「卡西公尺爾力」通常情況下只會導致物體間的「相互吸引」,而並非「相互排斥」。它是由荷蘭物理學家亨德里克·卡西公尺爾(Hendrik Casimir)於2023年提出的一種現象,此效應隨後被偵測到,並以卡西公尺爾為名以紀念他。

西方科學界由於認識不到以太的存在,及認識不到原子的正確結構,於是對這種卡西公尺爾效應的內在作用機制無能為力。而當引入「虛粒子」概念去解釋這個效應,又帶來這個虛粒子是怎麼回事?它與原子如何發生作用?

它是如何存在真空環境?它與光、電子、原子核有什麼關係?等等問題。

這些拓展的問題若不能解決,那所有依賴於此「虛粒子」概念的論述都不過是空中樓閣。其它比如「真空漲落」之類的概念,都會帶來拓展問題。這種「引入新概念去解決舊問題,又帶來新問題」的研究方式,就是西方科學界的一貫風格,看似解決了舊問題,其實根本沒有,不過是把舊問題掩蓋下去後視而不見而已。

這個虛粒子其實就是以太的另一種說法。

金屬板是原子以太旋渦的堆集體,當兩片平行的平坦金屬板相互貼在一起時,在兩塊板之間形成一條細縫,由於金屬板表面的原子以太旋渦在平衡位置作熱振動,在細縫空間裡形成以太湍流層,這個以太湍流層的以太流速大於兩塊板外側的以太流速,導致外側的以太壓力大於縫空間裡的以太壓力,於是兩塊板被外側以太壓在一起。這就是卡西公尺爾效應的內在作用機制。

這個卡西公尺爾效應其實就是流體力學中伯努利效應的以太版。

現實生活中,拿兩塊一樣大小的光滑玻璃板用力貼合在一起,在垂直玻璃板面方向拉開時明顯感到有吸引作用,這很容易理解。這作用形態與卡西公尺爾效應完全一樣,只是將以太換成空氣而已。

以太湍流的力場梯度分布就是靜電場,因此兩塊金屬板的吸引作用也可直接理解為靜電吸引。靜電吸引現象生活中極為常見,如摩擦後的橡膠棒對紙屑的吸引,牆壁對塵埃的吸引等等,都是不同材質構架下的卡西公尺爾效應。而若將兩塊金屬板換成兩個大金屬鉛球,就是物理經典扭秤實驗的主體構架,鉛球之間的吸引作用與金屬板之間的吸引作用的內在機制也是一樣的。

4樓:Massless

這個效應是說如果把兩塊很大的導體板子面對面放在真空裡,那麼它們之間有乙個微小的吸力。這個吸力實驗上已經觀測到了。

這個效應的根源是諧振子的零點能,就是說乙個振子的最低能量不是0而是乙個很小的正數。這是乙個量子效應,經典的諧振子沒有零點能。

兩個板子之間可以容納很多光子的模式,每個模式都是乙個諧振子,每個諧振子都貢獻乙份零點能。如果板子距離增加,之間能容納的模式數量也增加,所以總的零點能也增加。

退一步看,增加兩個板子的距離,那麼系統能量就增加,所以兩個板子之間有吸力。

---以上定性解釋物理上沒有大問題,但忽略了regularization,畢竟不夠嚴謹。以下是乙個簡單一維情況的計算,採用了Jean答案裡用的指數cut off, 結果和Minglei答案中用Zeta函式得出的一致。這個計算清楚的分開了真空能的宇宙常數部分和Casimir部分,前者發散,而後者是有限的。

5樓:何史提

這種基態的波動產生力場,如可以影響如一原子和巨型絕緣體的非平衡系統,即使他們之間沒有直接的耦合,它們之間也有相互作用。這個已經超出我所認識的範圍。有興趣可參看這個用最基本物理學推導出的結果:

Phys. Rev. A 84, 012902 (2011)

這在統計力學系統也有類此現象,如果這個真空態本是對稱殘缺(symmetry breaking)的態或本為非平衡態,那它的波動必定是長程(long-range)的,而有限尺寸效應(finite size effect)將有重要作用,而其中之一也是Casimir effect,這也超出我所認識的範圍。有興趣可看這個用非平衡統計物理所得的結果:Phys.

Rev. E 89, 022145 (2014)

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