Космические путешествия с эффектом Казимира - Эффект Казимира Энергия Вакуум » 2024

Эффект Казимира описывает, что в пустом пространстве существует энергия, которая может повлиять на физические объекты. Ученые разрабатывают способы использования этой концепции в различных областях, начиная от космоса до нанотехнологий. При правильном использовании "пустое пространство" Вселенной может быть применено для ускорения космических аппаратов в регионы в настоящее время неизвестные человечеству.

Как это работает?

Эффект Казимира пытается объяснить, почему "пустое пространство" или "вакуум" имеет энергетическую силу, которая может влиять на реальные объекты. Он появляется в двух незаряженных пластинах с вакуумом между ними (также известных как основное состояние квантованного электромагнитного поля). Пластины должны быть очень близки друг к другу, чтобы демонстрировать эффект (на расстоянии нанометров толщиной с нить ДНК). Пары виртуальных частиц (вещество и антивещество) сейчас и потом, производящие фотоны в вакууме, которые оказывают влияние на пластину, как внутри, так и с другой стороны пластины. Тем не менее, если пространство между пластинами достаточно мало, то фотоны с длиной волны больше, чем пространство между пластинами, перестанут проходить между ними, в результате чего возникает дисбаланс сил по обе стороны от пластин. Под воздействием на них внешних фотонов, пластины начнут притягиваться с большой силой. Чем ближе пластины, тем больше сила. Чтобы сделать это возможным, эффект Казимира предпологает, что должны соблюдаться принцип неопределенности Гейзенберга (вы можете измерить энергию или момент времени объекта, но не оба).

Одним из конкретных применений эффекта Казимира является так называемый динамический эффект Казимира. Одна пластина перемещается назад и вперед, в то время как другая удерживается неподвижно. Это позволяет аккумулировать больше энергии, чтобы использовать ее, например, для движение космического аппарата.

Чего удалось достичь

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.

Поскольку эффект Казимира был изучен пристально. На протяжении многих лет было много экспериментов, в том числе следующие:

• 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.
  

На протяжении многих лет стало очевидно, что использование двух параллельных пластин для обнаружения этой силы требует невероятной точности, когда дело доходит до выравнивания. Одна из пластин была заменена полукруглой 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.

Ближе к делу

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.

1

---

Новое по теме: Наука » Обзоры

Тематические новости: