試想一下，如果把一對(duì)不帶電的金屬板平行且近距離地放置在真空中，會(huì)發(fā)生什么？
○ 在真空中的兩塊理想的、不帶電的金屬板。
我們很可能認(rèn)為，應(yīng)該什么都不會(huì)發(fā)生，畢竟真空之中什么都沒(méi)有。但量子力學(xué)卻告訴我們，真空并不空，它充滿了電磁場(chǎng)的量子漲落——虛光子會(huì)不斷地出現(xiàn)和消失。
1948年，荷蘭理論物理學(xué)家卡西米爾（Hendrick Casimir）預(yù)言，當(dāng)這樣的兩塊金屬板相距很近時(shí)，會(huì)相互吸引。這是因?yàn)樗鼈冎g充滿了包含能量的電磁波，當(dāng)它們相互靠近時(shí)，真空中的一些波會(huì)逐漸被擠壓出去，使得周圍空間的能量高于金屬板之間的能量，推動(dòng)它們繼續(xù)靠近，從而表現(xiàn)得像是存在一種吸引力。這個(gè)效應(yīng)被稱為卡西米爾效應(yīng)。
○ 卡西米爾力是量子場(chǎng)論中最著名的宏觀體現(xiàn)之一，自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，就吸引著許多人的興趣。詳見(jiàn)：《“真空”是真的“空”嗎？》
半個(gè)世紀(jì)后的1996年，在美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，拉摩洛克斯（Steve Lamoreaux）首次對(duì)卡西米爾力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。
那么，有沒(méi)有可能也存在著一種具有排斥效應(yīng)的卡西米爾力？科學(xué)家對(duì)此充滿了好奇與熱情，因?yàn)檫@種力可以具有一些特定的應(yīng)用，比如它能讓納米物體保持分離。然而，著名的不可行定理（no-go theorem）卻告訴我們：“具有反射對(duì)稱的兩個(gè)物體之間的卡西米爾力總是吸引的。”也就是說(shuō)，如果這兩塊金屬板的材料相同，并且互為鏡像，那么就不可能產(chǎn)生排斥性的卡西米爾力。
直到最近，斯德哥爾摩大學(xué)的蔣慶東和諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主維爾切克（Frank Wilczek）發(fā)現(xiàn)，只要在兩塊金屬板之間插入一個(gè)“手性”材料，那么卡西米爾力就可以被逆轉(zhuǎn)而表現(xiàn)出排斥性，并可以調(diào)節(jié)或增強(qiáng)。
蔣慶東和維爾切克發(fā)現(xiàn)，不可行定理假設(shè)的是左旋圓偏振光子和右旋圓偏振光子有著同樣的行為方式。因此他們認(rèn)為，只要在兩塊板之間插入一種手性材料來(lái)打破這種對(duì)稱性，就可以繞過(guò)這個(gè)定理。這種手性材料會(huì)導(dǎo)致這兩種光子具有不同的速度，從而每一個(gè)光子都會(huì)向金屬板傳遞不同量的動(dòng)量。
○ 手性卡西米爾效應(yīng)示意圖。圖中A和B為兩塊平行、不帶電荷的金屬板，C是手性材料，箭頭指的是手性光子的傳播方向，k代表手性光子的速度，小標(biāo)R(右)/L(左)代表它們的手性。
他們對(duì)兩種不同類型的手性材料計(jì)算了在不同溫度下，兩個(gè)金屬板之間的卡西米爾力的大小。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，卡西米爾力的大小可以通過(guò)改變金屬板之間的距離或者改變外加磁場(chǎng)的強(qiáng)度而進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于同樣的裝置，在這種調(diào)節(jié)下所能產(chǎn)生的斥力強(qiáng)度，是在真空中所能產(chǎn)生的吸引力的三倍多。
蔣慶東和維爾切克在論文中總結(jié)道：“讓相似的物體之間產(chǎn)生排斥性的卡西米爾力的關(guān)鍵是在它們之間插入一種手性材料介質(zhì)。這種手性卡西米爾力具有幾個(gè)獨(dú)特的特征：它可以是振蕩的，它的強(qiáng)度可以很大（相對(duì)于經(jīng)典的卡西米爾力），并且它可以隨著外磁場(chǎng)的變化而變化?！?/p>
他們希望，這些結(jié)果將為那些對(duì)半導(dǎo)體和納米器件感興趣的物理學(xué)家和工程師提供一種新的方法，讓他們能夠在量子水平上探索不同材料的行為和性質(zhì)。
“通過(guò)卡西米爾力與可獨(dú)立測(cè)量的物質(zhì)性質(zhì)之間的聯(lián)系，我們獲得了大量的預(yù)測(cè)現(xiàn)象，這些現(xiàn)象直接反映了量子漲落的宏觀效應(yīng)?！?/p>
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