https://camokathomelab.servebeer.com/mediawiki/index.php?action=history&feed=atom&title=%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%9A%D0%B0%D0%B7%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%B0Эффект Казимира - История изменений2026-07-17T21:45:00ZИстория изменений этой страницы в викиMediaWiki 1.45.3https://camokathomelab.servebeer.com/mediawiki/index.php?title=%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%9A%D0%B0%D0%B7%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%B0&diff=26371&oldid=previmported>Phencycl в 11:25, 8 февраля 20262026-02-08T11:25:33Z<p></p>
<p><b>Новая страница</b></p><div>[[Файл:Casimir plates-ru.svg|thumb|Сила Казимира между двумя параллельными пластинами в вакууме.]]<br />
'''Эффе́кт Ка́зимира (эффект Казимира — Полдера)''' — эффект, заключающийся во взаимном притяжении проводящих ''незаряженных'' [[Тело (физика)|тел]] под действием [[квант]]овых [[Флуктуация|флуктуаций]] в [[вакуум]]е. Чаще всего речь идёт о двух [[Параллельность|параллельных]] незаряженных [[Зеркало|зеркальных]] поверхностях, размещённых на близком расстоянии, однако эффект Казимира существует и при более сложных геометриях.<br />
<br />
Для оптически [[Анизотропия|анизотропных]] тел также возможно возникновение крутящего момента Казимира, зависящего от взаимной ориентации главных оптических осей этих тел<ref>''Бараш Ю. С., [[Гинзбург, Виталий Лазаревич|Гинзбург В. Л.]]'' [https://ufn.ru/ru/articles/1975/5/a/ Электромагнитные флуктуации в веществе и молекулярные (ван-дер-ваальсовы) силы между телами] {{Wayback|url=https://ufn.ru/ru/articles/1975/5/a/ |date=20190323182038 }} // [[УФН]], т. 116, с. 5—40 (1975)</ref>.<br />
<br />
Причиной эффекта Казимира являются энергетические колебания [[физический вакуум|физического вакуума]] из-за постоянного рождения и исчезновения в нём [[виртуальная частица|виртуальных частиц]]. Эффект был предсказан голландским физиком [[Казимир, Хендрик|Хендриком Казимиром]] (''Hendrik Casimir'', 1909—2000) в [[1948 год]]у<ref>{{статья |заглавие=On the attraction between two perfectly conducting plates |ссылка=http://www.dwc.knaw.nl/DL/publications/PU00018547.pdf |издание=Proceedings of the Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen |том=51 |страницы=793—795 |язык=en |тип=journal |автор=Casimir H. B. G. |год=1948 |archive-date=2019-05-31 |archive-url=https://web.archive.org/web/20190531071720/http://www.dwc.knaw.nl/DL/publications/PU00018547.pdf }}</ref>, а позднее в [[1957 год]]у<ref>{{статья |заглавие=Attractive Forces between Flat Plates |ссылка=https://archive.org/details/sim_nature-uk_1957-08-17_180_4581/page/334 |издание=Nature |том=180 |страницы=334—335 |doi=10.1038/180334b0 |номер=4581 |bibcode=1957Natur.180..334S |язык=en |автор=Sparnaay, M. J. |год=1957 }}</ref><ref>{{статья |заглавие=Measurements of attractive forces between flat plates |издание=Physica |том=24 |страницы=751—764 |doi=10.1016/S0031-8914(58)80090-7 |номер=6—10 |bibcode=1958Phy....24..751S |язык=en |тип=journal |автор=Sparnaay, M. |год=1958}}</ref> был подтверждён экспериментально.<br />
<br />
== Суть эффекта ==<br />
{{нет источников в разделе|дата=2012-08-09}}<br />
Согласно [[квантовая теория поля|квантовой теории поля]], физический вакуум представляет собой не абсолютную пустоту. В нём постоянно рождаются и исчезают па́ры виртуальных [[Элементарная частица|частиц]] и [[античастица|античастиц]] — происходят постоянные колебания (флуктуации) связанных с этими частицами полей. В частности, происходят колебания связанного с [[фотон]]ами [[электромагнитное поле|электромагнитного поля]]. В вакууме рождаются и исчезают виртуальные фотоны, соответствующие всем длинам волн электромагнитного [[спектр]]а.<br />
<br />
Для внесения в вакуум макроскопических тел, даже не имеющих заряда, необходимо выполнить определённую работу, которая требуется для изменения граничных условий для поля вакуумных флуктуаций. Модуль этой работы равен разнице в энергиях нулевых колебаний вакуума в отсутствие и в присутствие тел<ref>''Ициксон К., Зюбер Ж.-Б.'' Квантовая теория поля. Т. 1 — М.: [[Мир (издательство)|Мир]], 1984. — Тираж 6000 экз. — с. 171</ref>.<br />
<br />
Например, в пространстве между близко расположенными зеркальными поверхностями граничные условия для поля флуктуаций по сравнению с вакуумом без тел меняются следующим образом. На определённых ''[[резонанс]]ных'' длинах (целое или полуцелое число раз укладывающихся между поверхностями) электромагнитные волны усиливаются. На всех остальных длинах, которых больше, напротив, эти волны подавляются (то есть подавляется рождение соответствующих виртуальных фотонов). Происходит это вследствие того, что в пространстве между пластинами могут существовать только [[Стоячая волна|стоячие волны]], амплитуда которых на пластинах равна нулю. В результате давление виртуальных фотонов ''изнутри'' на две поверхности оказывается меньше, чем давление на них ''извне'', где рождение фотонов ничем не ограничено. Чем ближе друг к другу поверхности, тем меньше длин волн между ними оказывается в резонансе и больше — оказывается подавленными. Такое состояние вакуума в литературе иногда называется [[Вакуум Казимира|вакуумом Казимира]]. Как следствие, растёт сила притяжения между поверхностями.<br />
<br />
Явление можно образно описать как «отрицательное давление», когда вакуум лишён не только обычных, но и части виртуальных частиц, то есть «откачали всё и ещё чуть-чуть». С этим явлением связан также [[эффект Шарнхорста]].<br />
<br />
=== Аналогия ===<br />
Явление [[Присасывание кораблей|присасывания кораблей]] сходно с эффектом Казимира и наблюдалось ещё в [[XVIII век]]е французскими моряками. Когда два [[Корабль|корабля]], раскачивающиеся из стороны в сторону в условиях сильного [[Волны на поверхности жидкости|волнения]], но слабого [[Ветер|ветра]], оказывались на расстоянии примерно 40 метров и менее, то в результате [[интерференция (физика)|интерференции]] волн в пространстве между кораблями прекращалось волнение. Спокойное море между кораблями создавало меньшее давление, чем волнующееся с внешних бортов кораблей. В результате возникала сила, стремящаяся столкнуть корабли бортами. В качестве контрмеры руководство по мореплаванию начала 1800-х годов рекомендовало обоим кораблям послать по шлюпке с 10—20 моряками, чтобы растолкать корабли. За счёт такого эффекта (в числе прочих) сегодня в океане образуются [[Большое тихоокеанское мусорное пятно|мусорные острова]].<br />
<br />
Также эффект напоминает [[Теория гравитации Лесажа|кинетическую теорию гравитации Лесажа]], заключающуюся в сталкивании тел друг с другом под давлением неких гипотетических частиц.<br />
<br />
== Величина силы Казимира ==<br />
Сила притяжения, действующая на единицу площади <math>F_c / A</math> для двух параллельных идеальных зеркальных поверхностей, находящихся в абсолютном вакууме, составляет<ref>''[[Садовский, Михаил Виссарионович|Садовский М. В.]]'' Лекции по квантовой теории поля. — Москва—Ижевск, Институт компьютерных исследований, 2003. — ISBN 5-93972-241-5 — Тираж 800 экз. — с. 67.</ref><br />
<br />
: <math>\frac{F_c}{A} = \frac{\hbar c \pi^2}{240 d^4},</math><br />
<br />
где<br />
: <math>\hbar</math> — приведённая [[постоянная Планка]],<br />
: <math>c</math> — [[скорость света]] в вакууме,<br />
: <math>d</math> — расстояние между поверхностями.<br />
<br />
Отсюда видно, что сила Казимира крайне мала. Расстояние, на котором она начинает быть сколько-нибудь заметной, составляет порядка нескольких [[микрометр]]ов. Однако, будучи обратно пропорциональной 4-й степени расстояния, она очень быстро растёт с уменьшением последнего. На расстояниях порядка 10 [[нанометр|нм]] — сотни размеров типичного [[атом]]а — давление, создаваемое эффектом Казимира, оказывается сравнимым с атмосферным.<br />
<br />
В случае более сложной геометрии (например, взаимодействия сферы и плоскости или взаимодействия более сложных объектов) численное значение и знак коэффициента меняется<ref>Физическая энциклопедия, т. 5. Стробоскопические приборы — Яркость / Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. кол.: А. М. Балдин, А. М. Бонч-Бруевич и др. — М.: Большая Российская Энциклопедия, 1994, 1998. — 760 с. — ISBN 5-85270-101-7, [http://www.physicum.narod.ru/vol_5/644.pdf с. 644] {{Wayback|url=http://www.physicum.narod.ru/vol_5/644.pdf|date=20040508152938}}.</ref>, таким образом сила Казимира может быть как силой притяжения, так и силой отталкивания.<br />
<br />
Несмотря на то, что в формуле для силы Казимира отсутствует [[постоянная тонкой структуры]] <math>\alpha</math> — основная характеристика электромагнитного взаимодействия, — этот эффект, тем не менее, имеет электромагнитное происхождение. Как показано в заметке<ref name="Jaffe1">''R. Jaffe''. [http://arxiv.org/abs/hep-th/0503158 The Casimir Effect and the Quantum Vacuum] {{Wayback|url=http://arxiv.org/abs/hep-th/0503158 |date=20140626191257 }}{{ref|en}}.</ref>, при учёте конечной проводимости пластин появляется зависимость от <math>\alpha</math>, а стандартное выражение для силы появляется в предельном случае <math>\alpha \gg mc / 4\pi \hbar n d^4</math>, где <math>n</math> — плотность электронов в пластинке.<br />
<br />
=== Графен ===<br />
Эффект Казимира определяет взаимодействие любых электрически нейтральных объектов на малых расстояниях (порядка микрометра и меньше). В случае реалистичных материалов величина взаимодействия обусловливается объёмными свойствами материала ([[диэлектрическая проницаемость]] в случае диэлектриков, проводимость для металлов). Однако расчёты показывают, что и для моноатомных слоёв [[графен]]а сила Казимира может быть сравнительно велика, а наблюдение эффекта может быть доступно экспериментально<ref name=BFGV>{{статья |заглавие=Casimir interaction between a perfect conductor and graphene described by the Dirac model |ссылка=http://prb.aps.org/abstract/PRB/v80/i24/e245406 |издание=[[Physical Review|Physical Review B]] |том=80 |страницы=245406 |doi=10.1103/PhysRevB.80.245406 |язык=en |тип=journal |автор=Bordag M., Fialkovsky I. V., Gitman D. M., Vassilevich D. V. |год=2009 |archive-date=2011-09-27 |archive-url=https://web.archive.org/web/20110927072319/http://prb.aps.org/abstract/PRB/v80/i24/e245406 }}</ref><ref name=FMD>{{статья |заглавие=Finite temperature Casimir effect for graphene |ссылка=http://arxiv.org/abs/1102.1757 |язык=en |автор=Fialkovsky I. V., Marachevskiy V. N., Vassilevich D. V. |год=2011 |archive-date=2018-10-12 |archive-url=https://web.archive.org/web/20181012175443/https://arxiv.org/abs/1102.1757 }}</ref>.<br />
<br />
== История открытия ==<br />
{{нет источников в разделе|дата=2021-03-29}}<br />
Хендрик Казимир работал в {{lang-en2|Philips Research Laboratories}} в Нидерландах, занимаясь изучением [[коллоидный раствор|коллоидных растворов]] — вязких веществ, имеющих в своём составе частички микрометровых размеров. Один из его коллег, [[Тео Овербек]] ({{lang-nl2|Theo Overbeek}}), обнаружил, что поведение коллоидных растворов не вполне согласуется с существующей теорией, и попросил Казимира исследовать эту проблему. Вскоре Казимир пришёл к выводу, что отклонения от предсказываемого теорией поведения может быть объяснено, если учитывать влияние флуктуаций вакуума на межмолекулярные взаимодействия. Это и натолкнуло его на вопрос, какое воздействие могут оказать флуктуации вакуума на две параллельные зеркальные поверхности, и привело к знаменитому предсказанию о существовании между последними притягивающей силы.<br />
<br />
== Экспериментальное обнаружение ==<br />
Когда в [[1948 год]]у Казимир сделал своё предсказание, несовершенство существовавших технологий и крайняя слабость самого́ эффекта делали его экспериментальную проверку чрезвычайно трудной задачей. Один из первых экспериментов провёл в [[1958 год]]у [[Маркус Спаарней]] (''Marcus Spaarnay'') из центра ''Philips'' в [[Эйндховен]]е. Спаарней пришёл к выводу, что его результаты «не противоречат теоретическим предсказаниям Казимира». В [[1997 год]]у началась серия гораздо более точных экспериментов, в которых было установлено соответствие между наблюдаемыми результатами и теорией с точностью более 99 %.<br />
<br />
В [[2011 год]]у группа учёных из [[Технический университет Чалмерса|технологического университета Чалмерса]] подтвердила ''динамический эффект Казимира''. В эксперименте благодаря модификации [[СКВИД]]а учёные получили подобие зеркала, которое под воздействием магнитного поля колебалось со скоростью около 5 % от световой. Этого оказалось достаточно для того, чтобы наблюдать динамический эффект Казимира: СКВИД испускал поток микроволновых фотонов, причём их частота была равна половине частоты колебаний «зеркала». Именно такой эффект предсказывала квантовая теория<ref>{{Cite web |url=http://www.membrana.ru/particle/16246 |title=Физики впервые зарегистрировали динамический эффект Казимира |access-date=2011-07-15 |archive-date=2012-01-20 |archive-url=https://web.archive.org/web/20120120140536/http://www.membrana.ru/particle/16246 |url-status=dead }}</ref><ref>[http://www.nature.com/nature/journal/v479/n7373/full/nature10561.html Статья о динамическом эффекте Казимира в журнале Nature]</ref>.<br />
<br />
В [[2012 год]]у группа исследователей из [[Флоридский университет|Флоридского университета]] сконструировала первую микросхему для измерения силы Казимира между электродом и кремниевой пластиной толщиной 1,42 нм при комнатной температуре. Устройство работает в автоматическом режиме и снабжено приводом, который регулирует расстояние между пластинами от 1,92 нм до 260 нм, соблюдая параллельность. Результаты измерений довольно точно совпадают с теоретически рассчитанными значениями. Данный эксперимент показывает, что на данных расстояниях сила Казимира может быть основной силой взаимодействия между пластинами<ref>{{Cite web |url=http://habrahabr.ru/post/151134/ |title=Первый чип для измерения силы Казимира |access-date=2012-09-10 |archive-date=2012-09-12 |archive-url=https://web.archive.org/web/20120912001659/http://habrahabr.ru/post/151134/ |url-status=live }}</ref><ref>{{Cite web |url=http://www.technologyreview.com/view/428648/engineers-unveil-first-casimir-chip-that-exploits-the-vacuum-energy/ |title=Engineers Unveil First Casimir Chip That Exploits The Vacuum Energy {{!}} MIT Technology Review<!-- Заголовок добавлен ботом --> |access-date=2013-09-01 |archive-date=2013-08-13 |archive-url=https://web.archive.org/web/20130813140040/http://www.technologyreview.com/view/428648/engineers-unveil-first-casimir-chip-that-exploits-the-vacuum-energy/ |url-status=dead }}</ref>.<br />
<br />
В [[2015 год]]у удалось экспериментально обнаружить и измерить крутящий момент Казимира<ref>''David A. T. Somers, Joseph L. Garrett, Kevin J. Palm & Jeremy N. Munday'' 19 Dec. 2018 [https://www.nature.com/articles/s41586-018-0777-8 Measurement of the Casimir torque] {{Wayback|url=https://www.nature.com/articles/s41586-018-0777-8 |date=20190323182037 }} // [[Nature]], volume 564, pages 386—389 (2018)</ref>.<br />
<br />
== Современные исследования эффекта Казимира ==<br />
* эффект Казимира для [[Диэлектрики|диэлектриков]]<br />
* эффект Казимира при [[Абсолютный нуль температуры|ненулевой температуре]]<br />
* связь эффекта Казимира и иных эффектов или разделов физики (связь с [[геометрическая оптика|геометрической оптикой]], [[декогеренция|декогеренцией]], [[физика полимеров|полимерной физикой]])<br />
* динамический эффект Казимира<br />
* учёт эффекта Казимира при разработке высокочувствительных [[Микроэлектромеханические системы|МЭМС]]-устройств.<br />
<br />
== Применение ==<br />
К 2018 году российско-германской группой физиков ([[Мостепаненко, Владимир Михайлович|В. М. Мостепаненко]], Г. Л. Климчицкая, В. М. Петров и руководимая Тео Чуди группа из [[Дармштадт]]а) разработана теоретическая и экспериментальная схема миниатюрного квантового {{нп5|оптический прерыватель|оптического прерывателя|en|optical chopper|}} для [[лазер]]ных лучей на основе эффекта Казимира, в котором сила Казимира уравновешивается [[давление света|давлением света]]<ref>{{статья |заглавие=Optical Chopper Driven by the Casimir Force |doi=10.1103/PhysRevApplied.10.014010 |том=10 |номер=1 |страницы=014010 |издание=Phys. Rev. Applied |язык= |автор=G. L. Klimchitskaya, V. M. Mostepanenko, V. M. Petrov, T. Tschudi |год=2018}}</ref><ref>{{cite news|title=Физик КФУ совместно с группой ученых разработал новое устройство для оптических систем связи|url=https://media.kpfu.ru/news/fizik-kfu-sovmestno-s-gruppoy-uchenykh-razrabotal-novoe-ustroystvo-dlya-opticheskikh-sistem|date=2019-02-26|publisher=Медиапортал [[Казанский университет|КФУ]]|access-date=2019-05-08|archive-date=2019-05-08|archive-url=https://web.archive.org/web/20190508172147/https://media.kpfu.ru/news/fizik-kfu-sovmestno-s-gruppoy-uchenykh-razrabotal-novoe-ustroystvo-dlya-opticheskikh-sistem|url-status=live}}</ref>.<br />
<br />
== В культуре ==<br />
Довольно подробно эффект Казимира описывается в научно-фантастической книге [[Кларк, Артур Чарльз|Артура Кларка]] «[[Свет иных дней (роман)|Свет иных дней]]», где он используется для создания двух парных [[Червоточина|червоточин]] в пространстве-времени и передачи через них информации.<br />
<br />
== Примечания ==<br />
{{примечания}}<br />
<br />
== Литература ==<br />
* ''Мостепаненко В. М., Трунов Н. Н.''. [https://ufn.ru/ru/articles/1988/11/a/ Эффект Казимира и его приложения] // [[УФН]]. — 1988. — Т. 156, вып. 3. — С. 385—426.<br />
* ''Гриб А. А., Мамаев С. Г., Мостепаненко В. М.''. Вакуумные квантовые эффекты в сильных полях. — М.: Энергоатомиздат, 1988.<br />
<br />
== Ссылки ==<br />
* [http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1190700&s=260000138 А. Ламбрехт — Эффект Казимира: сила «из ничего»]<br />
* [http://www.n-t.ru/nj/nz/1989/1201.htm В. Мостепаненко — Эффект Казимира]<br />
* [http://virlib.eunnet.net/mif/text/n2300/5.html E. Л. Румянцев — Эффект Казимира или проблема вакуума]<br />
* [http://www.scientific.ru/journal/news/n070202.html Scientific.ru — Эффект Казимира — новые эксперименты]<br />
* [http://xstructure.inr.ac.ru/x-bin/theme2.py?arxiv=hep-th&level=2&index1=10 Эффект Казимира на arxiv.org]<br />
* {{APOD |date=17 Dec 2006 |title=Эффект Казимира}}<br />
<br />
{{внешние ссылки}}<br />
{{Квантовая электродинамика}}<br />
<br />
[[Категория:Квантовая теория поля]]<br />
[[Категория:Квантовые явления]]<br />
[[Категория:Квантовая электродинамика]]<br />
[[Категория:Вакуум]]</div>imported>Phencycl