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卡西米爾效應(Casimir effect)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(shù)目比正常數(shù)目小造成的。這一理論的特別之處是，"卡西米爾力"通常情況下只會導致物體間的"相互吸引"，而并非"相互排斥"。它是由荷蘭物理學家亨德里克·卡西米爾(Hendrik Casimir)于1948年提出的一種現(xiàn)象，此效應隨后被偵測到，并以卡西米爾為名以紀念他。基本信息中文名稱卡西米爾效應外文名稱Casimir effect提出者亨德里克·卡西米爾適用領域范圍量子電動力學提出時間1948年應用學科物理學目錄1原理介紹2現(xiàn)象探究3實驗測量4熱效應5相關運用6研究進展7實驗驗證折疊編輯本段原理介紹

卡西米爾效應卡西米爾效應大多數(shù)人認為，真空是空蕩蕩的。但是，根據(jù)量子電動力學（一門在非常小的規(guī)模上描述宇宙行為的理論），沒有比這種觀點更加荒謬的了。實際上，真空中到處充滿著稱作“零點能”的電磁能，這正是麥克萊希望加以利用的能量。“零點能”中的“零”指的是，如果把宇宙溫度降至絕對零度（宇宙可能的最低能態(tài)），部分能量就可能保留下來。實際上，這種能量是相當多的。物理學家對究竟有多少能量仍存在分歧，但麥克萊已經(jīng)計算出，大小相當于一個質子的真空區(qū)所含的能量可能與整個宇宙中所有物質所含的能量一樣多。平行板電容器在輻射場真空態(tài)中存在吸引力的現(xiàn)象稱為卡西米爾效應?？紤]一個輻射的電磁場，根據(jù)波粒二象性，輻射場可以看作是光子氣，而光子氣可看作是電磁輻射場的簡諧振動。電磁場量子化后，可把輻射場哈密頓寫成二次量子化的形式：

零點能（真空能）可見對每個振動模式k，都有零點能（真空能）存在，這個結果是引入場量子化后的自然結果。由于真空能量的存在可以帶來實驗可觀測的物理效應——卡什米爾效應?？紤]一對距離為a的平行板電容器放在輻射場中，邊界條件為：。可見隨平行板距離的增大，所允許的振動模式越多，因此平行板電容器之間由于真空能量的存在而存在一種吸引力——卡什米爾力。反之如果認為不存在真空能，則沒有這種力。在具體的計算過程中，由于U(a)的積分（求和）是發(fā)散的。為得到收斂的結果，數(shù)學上人為地引入一個切斷因子。折疊編輯本段現(xiàn)象探究

卡西米爾效應卡西米爾效應兩只輪船在風平浪靜的大海中，并列平行距離很近航行，也會發(fā)生相撞。歷史就曾發(fā)生過這類事故。通常來說，造成輪船相撞的因素非常復雜。就曾經(jīng)發(fā)生過的這類軌事故分析來看，明確原因除去不可抗拒的天氣和海潮等自然原因，以及機械原因、人為原因等人工自然原因之外，還有主要為卡西米爾效應引起的不明原因發(fā)生的相撞。不明原因脫軌發(fā)生的頻率呈上升趨勢。通常認為，造成不明原因脫軌的主要原因，是列車高速行駛的過程中引發(fā)橫向震動喪失穩(wěn)定，使運行當中的列車脫軌的可能性增大。而列車的脫軌事故多發(fā)于車頭之后2/3以及車尾的位置、轉彎位置或發(fā)生在拐彎處；引發(fā)橫向震動喪失穩(wěn)定的動力，除去高速行駛以及機械原因、人為原因等人工自然原因之外，還有不可抗拒的由于南北方向運行引發(fā)的科氏力，以及天氣風力和地震等自然原因。但在這些之外，還沒有任何人考查火車相撞中的卡西米爾現(xiàn)象引起的原因。由于火車相撞發(fā)生在瞬間，而且在事后，調查事故有難度。加之對卡西米爾效應引起的橫向力理論大多數(shù)人不了解，從鐵路設計到列車運行管理早存在缺餡，對火車相撞中的卡西米爾現(xiàn)象也許不以為然。

“三旋/弦/圈理論”-內部結構模型圖卡西米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，“卡西米爾力”通常情況下只會導致物體間的“相互吸引”，而并非“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，南北方向并列平行距離很近超高速運行，會不會發(fā)生相撞沒有發(fā)言權。想到火車相撞中的卡西米爾現(xiàn)象，是由于研究“三旋/弦/圈理論”聯(lián)想到的。中國科技城綿陽早在上世紀六十年代初就開始了類似三旋/弦/圈（SXQ）理論的創(chuàng)新，堅持量子時空除了有類似球量子外，還有環(huán)量子，以及虛數(shù)存在于點內空間的研究達近五十年沒有中斷，而被有人看作類似“綿陽前沿科學會客廳”。三旋/弦/圈這三個層次，僅是龐加萊猜的層展和呈展，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”的中文拼音第一個字母的大寫S、X、Q，簡稱為SXQ理論，它包含了既有環(huán)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(shù)學和物理內容。由于有人認為三旋/弦/圈（SXQ）理論難以實驗檢驗，我們研究卡西米爾現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，環(huán)量子類似一個方板，球量子類似一個方塊，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(huán)量子和球量子的自旋如果存在輻射，那么在卡西米爾效應上是可以實驗檢驗。這種類比模型不僅能擴展引力場方程及量子力學方程求解的思路，豐富正、負時空聯(lián)絡的幾何圖象，而且聯(lián)系卡西米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。

電子和它的反粒子正電子-內部結構模型圖因為如果把引力聯(lián)結的兩個星體比作卡西米爾效應中的兩塊板，再把引力場彎曲產生的凹陷圖象分別粘貼在兩塊板相對的一面，引力就類似蛀洞的一個洞口與另一個蛀洞的洞口相對這片區(qū)域的卡西米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于星體物質自身的能量密度，但它們已表現(xiàn)出這片區(qū)域內的時空彎曲，相對要大于平板外側的時空彎曲，并是這種彎曲產生的拉力。因為按海森伯不確性原理，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，結果這里的時空彎曲變成一種引力的耦合輻射。這里負能量與反物質的區(qū)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，那么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，最終這里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(qū)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。

伽瑪射線-內部結構模型圖折疊編輯本段實驗測量

卡西米爾效應卡西米爾效應1948年，荷蘭物理學家亨德里克·卡西米爾(Hendrik Casimir, 1909-2000)提出了一項檢測這種能量存在的方案。從理論上看，真空能量以粒子的形態(tài)出現(xiàn)，并不斷以微小的規(guī)模形成和消失。在正常情況下。真空中充滿著幾乎各種波長的粒子，但卡西米爾認為，如果使兩個不帶電的金屬薄盤緊緊靠在一起，較長的波長就會被排除出去。接著，金屬盤外的其他波就會產生一種往往使它們相互聚攏的力，金屬盤越靠近，兩者之間的吸引力就越強，這種現(xiàn)象就是所謂的卡西米爾效應。1996 年，物理學家首次對它進行了測定，實際測量結果與理論計算結果十分溫和。折疊編輯本段熱效應

卡西米爾效應卡西米爾效應-熱效應來自國家技術和標準局（NIST）與科羅拉多大學（University of Colorado）聯(lián)合實驗室JILA，由諾貝爾獎獲得者Eric Cornell領導的小組第一次證實了物理學家Evgeny Lifschitz于1955年預言的溫度可以影響卡西米爾力（Casimir Force）——這是一種當兩個物體之間距離只有五百萬分之一米（大概是一英尺的五千分之一）時才會體現(xiàn)出來的相互吸引力。這項發(fā)現(xiàn)增加了人們對卡西米爾力的理解，并且使得未來的實驗可以更好地處理這種效應。雖然卡西米爾效應非常微弱，但是對于納米以及毫米尺度的電力系統(tǒng)（NEMS:Nano-Electromechanical System&MEMS:Micro-Electromechanical System）而言是非常重要的，卡西米爾力可以將各部件粘合在一起。它使得實驗桌上的小型實驗（Tabletop Experimental）無法探測到除了牛頓引力和粒子物理標準模型預言的相互作用力之外的其它可能存在的微弱相互作用。在這個小組的實驗中，研究者們考察了所謂的Casimir-Polder力：在中性原子（Neutral Atom）和附近物體表面之間的相互吸引力。他們將超冷銣原子（Ultracold Rubidium Atom）放置在離玻璃表面只有幾微米（Micron）的地方。在將玻璃的溫度升高到原來的兩倍、也就是600開爾文的同時保持環(huán)境溫度在室溫左右，這使得玻璃對于原子的吸引力增加了三倍左右，這個結果證實了由來自意大利特蘭托（Trento）的理論合作者最近提出的理論預言。

原子(含電子,質子,中子)-內部結構模型圖這些現(xiàn)象到底是怎么回事呢？卡西米爾力是真空效應的體現(xiàn)。按照量子力學理論，真空中每時每刻到處都充滿了稍瞬即逝的電磁波，這些電磁波是由電場和磁場組成的。電場會對原子中的電荷產生擾動，使之重新分布，也就是說會使得原子極化。這種極化的原子會受到來自電場的作用力。由于玻璃的存在，真空中的電場分布會被改變，產生電場最大的區(qū)域，這就會吸引極化的原子。另外，在玻璃內部的熱同樣會產生逃離（fleeting）的電磁波，其中有一部分會滲出玻璃的表面而成為“消逝波”（Evanescent Wave）。這些消逝波中的電場分量在玻璃的表面達到極大，從而增加對極化原子的吸引力。除玻璃之外的周遭環(huán)境中由于熱產生的電磁波通常會抵消玻璃表面由于內部熱量導致的吸引力。但是提高玻璃的溫度可以使得玻璃內部熱量產生的吸引力居于主導地位，從而增加玻璃和原子之間的吸引力。折疊編輯本段相關運用根據(jù)量子場論，任何振動物體都會被真空中的虛粒子減速。5月26日的<Physical Review Letters>雜志上，物理學家們提出一種方案，通過一端振動的反射腔探測這種效應，光子在反射腔中反彈，并且被超冷原子放大。這個實驗是從技術上說可行的、能夠直接觀察到虛粒子對運動物體作用的方法。量子場論認為，真空中充滿了虛光子，這種光子以恒定的速度不斷產生和湮滅。虛光子的一種可觀測效應是兩個間隔納米距離的物體之間的卡西米爾效應。當一個物體快速振動時，會產生這種很弱的動力學卡西米爾效應：在一個理想界面上沒有平行電場和垂直磁場，而在它周圍則充滿了虛光子產生的電磁場。當這個界面前后運動時，電磁場發(fā)生規(guī)律性變化，也就是產生了光子。界面的振動能釋放出來，振動受到阻力。美國達特茅斯學院和意大利帕多瓦大學的Roberto Onofrio說，這個效應產生的光子數(shù)量非常少，所以唯一能夠探測到光子的方法是使用共振腔，把光子聚集到一起放大。Onofrio和同事們通過振動共振腔一端的膜把光子束縛在腔內，就像是鼓一樣。研究人員們首先需要找到一種機械設備來放大光子。他們能夠找到的氮化鋁薄膜能夠使光子頻率最大放大到3吉赫茲。因為振動過程中產生的都是能量相同的光子對，所以每個光子的頻率為1.5吉赫茲，處于微波波段。雖然光子的數(shù)量少、能量低，很難被觀察到，但是研究人員們通過原子的超冷態(tài)（玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)）可以放大光子能量。1.5吉赫茲的能量正好是鈉原子中兩條能級間的能量差。為了放大卡西米爾光子的能量，鈉的玻色-愛因斯坦態(tài)首先被激光激發(fā)到較高能級，然后利用卡西米爾光子轟擊它，玻色-愛因斯坦態(tài)整體退激發(fā)到較低能級，放出大量光子。這個效應稱為超輻射，在其它過程中也觀察到過，它可以把卡西米爾光子信號放大十億倍。Old Dominion大學的Charles Sukenik說：“如果這個實驗成功的話，它將證明量子力學真空不僅僅只是一個為了理論方便而構造的概念?！?div style="height:15px;">