キーワード: カシミール効果、量子力学、物理学、エネルギー非保存、プレート、真空エネルギー、ゼロ点エネルギー。

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カシミール効果は、電磁場のない共鳴空洞 (密閉された金属箱) に浸された XNUMX 枚の平行な金属板間の非常に弱い引力の形で現れます。

電磁気学の古典理論と古典力学によれば、空洞内にはいかなる場の絶対真空も存在するため、XNUMX つのプレートは動かないはずです。 金属板が動くためには、どこにも引き出す​​ことのできないエネルギーが必要です。

カシミール効果は、場の量子理論の純粋な結果です。 それは想像され計算されたものでした オランダの物理学者ヘンドリック・カシミール、1948年。

によります 場の量子論、電磁場（そしてこれはすべての量子場にも当てはまります）にはさまざまなエネルギー状態があります。 最も低いエネルギー状態である基底状態は、エネルギー量子 (電磁場の場合は光子) の欠如、つまり真空に対応します。 最初の「励起」状態は、XNUMX エネルギー量子または XNUMX 光子の状態です。 XNUMX 番目の励起状態は XNUMX 光子状態などです。

しかし、量子真空場の理論によって与えられる表現は、控えめに言っても逆説的です。 この真空は実際には、粒子の形で「物質化」されていないエネルギーで満たされています。 ただし、短期間のうちに、このエネルギーは寿命が非常に短い粒子または量子に物質化する可能性があります。 それらは仮想粒子と呼ばれます。 仮想として認定されていますが、これらの量子 (この場合は光子) の効果は 確かに本物です。

したがって、キャビティ内では、仮想量子 (仮想光子) が真空から自発的に「出現」します。 これらの光子の波長スペクトルは連続的ですが、キャビティが閉じているため、ほとんどの周波数が破壊的となり、最終的にはいくつかの特定の周波数（と呼ばれる）のみが影響を及ぼします。 共振モード）は空洞内に残ります。 これは古典的な共鳴現象です。 共鳴空洞。 共振モードは、モードの波長がキャビティの面を隔てる距離の整数倍であるという事実によって特徴付けられます。 したがって、許可されたモードの数は、キャビティの面を隔てる距離に比例します。

私たちが興味を持っている構成では、共振はキャビティの面とプレートの間、およびプレート自体の間で確立されます。 プレート間の距離がキャビティ面からの距離よりも小さい場合、プレート自体の間よりもキャビティ面とプレートの間に多くの共振モードが存在します。 したがって、プレートの「内面」にかかる放射圧力は、プレートの「外」面にかかる放射圧力よりも低くなります。 これにより、プレートを引き寄せる非常に弱い力が生じます。

この効果は 1948 年から予測されていましたが、実験的に初めて観察されたのは 1997 年でした。

厳密に言うと、既存のすべての量子場の量子を含める必要があります。 しかし、これらの場は真空から物質化するために多くのエネルギーを必要とするため、電磁場と比較して関連する量子の物質化の確率は低くなります。 したがって、カシミール効果に対するそれらの寄与はほとんど無視できます。

カシミール効果は次のことを示しています真空を使えば動きを生み出すことができます。 この中で構成されているのは、 エネルギー保存の古典的な原理に大きく違反する 量子物理学がどれほど複雑であるかを測定できるようになります。