През последните няколко години учените се опитват да докажат, че хората изобщо не се нуждаят от зависимост от изкопаеми горива.

Те твърдят, че продължаваме да се борим за източници на енергия, да унищожаваме околната среда и да вредим на Майката Земя. Ние продължаваме да използваме същите стари методи, които генерират трилиони долари за тези на върха на енергийната индустрия. Корпоративните медии продължават да прокарват идеята, че сме в енергийна криза, че наближаваме сериозен проблем поради липса на ресурси.

Енергийна концепция за нулева точка

Някои учени твърдят, че същата група акционери, които притежават енергийната индустрия, притежават и корпоративни медии. Това изглежда е още една тактика на страх и още едно извинение за неизползване на безплатна енергия. Например, използва се на практика.

Как може да има недостиг на ресурси, когато имаме системи, които могат да осигурят ресурси без външни заеми? Това означава, че тези системи могат да работят за неопределено време и да осигуряват ресурси за цялата планета, без да изгарят изкопаеми горива. Това ще премахне повечето от „сметките“, които хората плащат, за да живеят, и ще намали вредното въздействие, което оказваме върху земята и околната среда.

Дори и да не вярвате в концепцията за безплатна енергия (известна също като енергия от нулева точка), ние имаме няколко чисти източника, които правят цялата енергия остаряла.

Тази статия ще се съсредоточи основно върху концепцията за безплатна енергия, която е доказана от изследователи по целия свят, които са провели експерименти и са публикували работата си.

Въпреки това, ако новите енергийни технологии бяха безплатни в целия свят, промените щяха да бъдат дълбоки. Ще засегне всички, ще важи навсякъде. Тези технологии са абсолютно най-важното нещо, което се е случвало в историята на света.

Силата на енергията на Казимир

Ефектът на Казимир е доказателство за пример за свободна енергия, който не може да бъде опроверган.

Енергията е предсказана от немския теоретичен физик Хайнрих Казимир през 1948 г., но не е получена експериментално поради липсата на технология по това време.

Ефектът на Казимир илюстрира енергията на нулевата точка или вакуумното състояние, което предсказва, че две метални плочи близо една до друга ще се привличат една друга поради дисбаланс в квантовите флуктуации.

Последствията от това са широкообхватни и за тях е писано подробно в теоретичната физика от изследователи по целия свят. Днес започваме да виждаме, че тези концепции са не само теоретични, но и практически.

Вакуумите обикновено се считат за кухини, но Хендрик Казимир вярваше, че те не съдържат трептения на електромагнитни вълни. Той теоретизира, че две метални плочи, държани във вакуум, могат да абсорбират вълни, създавайки вакуумна енергия, която може да привлича или отблъсква плочите.

Ако поставите две плочи във вакуум, те се привличат една друга и тази сила се нарича ефект на Казимир като енергия на вакуума (колебания на нулева точка). Последните проучвания, проведени в Харвардския университет и Амстердамския университет, както и на други места, потвърдиха правилността на ефекта на Казимир.

Силата на Казимир обаче е много слаба и се открива, ако телата са разделени на няколко микрона и се увеличава рязко, ако телата се приближат на разстояние по-малко от микрон.

На разстояние от 10 nm (стотици от размера на типичен атом) силата на Казимир е сравнима с атмосферното налягане.

Ефектът на Казимир може да достигне значителни стойности, но само на разстояния, по-малки от сто нанометра. Следователно, въпреки факта, че теоретично този ефект е предсказан от Хендрик Казимир още през 1948 г., експериментално потвърждение за него се появява едва през 1997 г. (49 години по-късно). Потвърждението на ефекта на отблъскване, открит от Евгений Лифшиц през 1956 г., трябваше да чака 53 години - той беше потвърден едва през 2009 г.

„Празният“ вакуум, съществуващ в класическата механика, се оказа не толкова празен: при изучаване на ефектите на квантовата механика се оказа, че той е изпълнен с двойки виртуални частици, които непрекъснато се образуват и унищожават помежду си. Освен това, ако две успоредни пластини от проводници на електрически ток се поставят на много близко разстояние, получените частици ще бъдат изгасени поради ефекта на вълновата интерференция. Колкото по-близо са плочите, толкова по-малко виртуални частици ще останат между тях, докато във външната среда техният брой ще остане същият (както и налягането, което произвеждат), което ще създаде все по-голяма сила, насочена към привличане на плочите.

Аналог на това явление, основаващ се на интерференцията на вълните във водна среда

Ефект на привличане

При разстояние от 10 нанометра между плочите тази сила може да създаде налягане, близко до атмосферното, но тъй като силата й намалява до 4 степени на разстояние, стойността й на разстояние от вече 100 нанометра става трудно регистрируема. Този ефект е предложен за използване в различни наномеханични системи и дори като заместител на екзотична материя за и стабилизиране на червееви дупки.

Отблъскващ ефект

През 1956 г. Евгений Лифшиц показа, че ако празнината между две повърхности се запълни с диелектричен материал, това явление може да промени знака си. Първият експеримент, потвърждаващ този ефект, беше да се притисне позлатена топка с диаметър само 40 микрона към златен филм и силициева пластина (за измерване на ефекта съответно на привличане и отблъскване), поставени в течна среда - бромобензен. Авторите на тази работа, публикувана в Nature през 2009 г., посочват, че смесването на две или повече течности може да позволи отблъскване на къси разстояния и привличане на дълги разстояния, което от своя страна ще позволи създаването на механизми с много нисък коефициент на триене.

Резултати от експеримента: синята линия показва резултатите за силата на отблъскване, жълтата линия показва резултатите за силата на привличане. Вече на разстояние от 80 nm измерените сили стават сравними с грешките на измерване.

Динамичен ефект

Това явление се крие във факта, че ако огледалото се движи с релативистична скорост, тогава някои от виртуалните двойки частици нямат време да се унищожат и се разделят, като по този начин се превръщат в истински фотони. Съществуването на такъв ефект е предсказано в средата на 70-те години от Джулиан Швингер и потвърдено от учени през 2011 г. За да проведат експеримента, те използваха свръхпроводящ квантов интерферометър, който можеше да симулира електромагнитно огледало, движещо се с 5% от скоростта на светлината. Това явление не нарушава закона за запазване на енергията (както може да изглежда), тъй като енергията се изразходва за преместване на огледалото. В момента се разглежда само като хипотетична система за задвижване, подобна на тази, която в момента се тества на няколко места едновременно

В. МОСТЕПАНЕНКО
Доктор на физико-математическите науки (Ленинград)

От гледна точка на съвременната физика, вакуумът изобщо не е празнота. Квантовата теория показва, че вакуумът е изключително динамична, непрекъснато променяща се субстанция, нещо като кипяща течност от виртуални елементарни частици, които се раждат и веднага умират. С други думи, вакуумът от гледна точка на квантовата теория не е просто „нищо“, но може да се разглежда като море от така наречените нулеви трептения и дори да няма нито една реална частица и нито един реален квант - фотон в пространството, електрическите и магнитните полета извършват нулеви трептения (същото може да се каже и за други квантувани полета). И се оказва, че нулевите вибрации на вакуума се проявяват много ясно в редица забележителни физически ефекти, един от които е предсказан през 1948 г. от холандския физик Хендрик Казимир и носи неговото име. През последните години обхватът на приложенията на ефекта на Казимир се разшири неимоверно и обхвана почти цялата физика - от теорията на междумолекулните взаимодействия до физиката на елементарните частици и космологията. Ще говорим за най-впечатляващите проблеми, при които този ефект започва да играе особено забележима роля.

През 1948 г. Казимир изследва две плоски метални неутрални - незаредени - плочи, разположени във вакуум, успоредни една на друга на известно разстояние. Тъй като електрическото поле не прониква дълбоко в метала, електрическият компонент на нулевите трептения, насочени по протежение на плочите, трябва да изчезне. Казимир смята, че това означава, че вакуумното море трябва да претърпи известни изкривявания, въпреки че енергията му е безкрайна и ще остане такава. И все пак, както Казимир пръв забеляза, ако извадите тази безкрайност от оригиналната (преди въвеждането на плочите), ще получите някаква крайна енергия, съдържаща се между плочите. Тази енергия е отрицателна и следователно (според правилата на механиката) трябва да доведе до привличане на плочите една към друга. Необичайността на такава сила на привличане, наречена вакуум или Казимир, е, че тя не зависи от маси, заряди или други подобни константи, наричани от физиците константи на свързване, а се определя само от разстоянието между плочите. Такава сила, от гледна точка на много теоретици от онова време, изглеждаше като някаква неправдоподобна екзотика, но 10 години по-късно, през 1958 г., привличането на Казимир беше открито експериментално и в пълно съответствие с прогнозите на теорията.

Отначало на Казимир му хрумва налудничава идея да се опита да обясни мистериозната стабилност на електрона с действието на вакуумните сили. В крайна сметка електронът носи електрически заряд и различните му части се отблъскват. Не са ли вакуумните сили, които го предпазват от разпадане? Привлекателната идея обаче „не проработи“ - енергията на Казимир на сферата се оказа положителна, което съответства на силите на отблъскване, а не на привличане. (По-късно се оказа, че ролята на ефекта на Казимир във физиката на елементарните частици се оказа много по-сложна.)

Вакуумните енергии и сили възникват не само в ограничени обеми, но и в топологично неевклидови пространства, тоест такива, които не могат да бъдат преобразувани в евклидови чрез едно-към-едно и непрекъснато преобразуване. Например на неограничена равнина няма ефект на Казимир, но на повърхността на сфера има. Ето защо ефектът на Казимир, както се оказва, е пряко свързан с въпроса дали Вселената е крайна или безкрайна – един от най-интригуващите в историята на човечеството. Науката за Вселената като цяло - съвременната космология - се основава на общата теория на относителността на Айнщайн и допуска три възможности (виж "Наука и живот" № 2...4, 1987 г.).

Ако средната плътност на материята във Вселената е по-малка от критичната стойност от 10 -92 g / cm 3, тогава пространството на нашия свят е като повърхността на хиперболоид на въртене; ако средната плътност е равна на критичната стойност , значи живеем в обикновено плоско пространство. Между другото, именно тази възможност изглежда най-предпочитана от гледна точка на популярните в момента инфлационни модели на Вселената (вж. „Наука и живот” № 8, 1985 г.). Ако средната плътност надвишава критичната, тогава пространството на Вселената става подобно на повърхността на сфера и нейният обем е краен. Изглежда, че сакраменталният въпрос за крайността на Вселената най-накрая получава ясен отговор. Ситуацията обаче се оказва не толкова проста.

Всъщност средната плътност на материята е известна само много приблизително и нейните стойности не се различават много от критичната и дори не е ясно дали се увеличава или намалява. Освен това, както подчертават някои философи, занимаващи се с проблема за безкрайността, данните от наблюденията за средната плътност винаги се отнасят до краен обем и следователно, разчитайки само на тях, по принцип е невъзможно да се направи заключение за безкрайността на Вселена. По този начин, твърдят тези философи, самият въпрос попада извън сферата на физиката и трябва да бъде решен въз основа на философски съображения.

Това е мястото, където ефектът на Казимир излезе напред, за да защити космологичната компетентност на физиката. Всъщност, ако живеем в хиперболичен или плосък свят, тогава няма ефект на Казимир, но ако в сферичен свят, тогава той трябва да се прояви. Съответстващата положителна вакуумна плътност на енергията е много малка, но по принцип тя може да бъде записана в локални измервания и въз основа на техните резултати може да се реконструира структурата на Вселената като цяло - по-специално проблемът за крайност - безкрайност може да бъде решен. Ефектът на Казимир, както беше разкрито наскоро, играе важна роля в други проблеми на космологията, например, когато се обсъждат механизмите на инфлацията или, да речем, в космологичната „машина на времето“ на I.D. Новиков и К. Торн (виж „Наука и живот” № 12, 1988).

Повече от десет години теоретиците обсъждат ефекта на Казимир във връзка с проблема за структурата на адроните, т.е. силно взаимодействащите частици. В рамките на теорията за силните взаимодействия - квантовата хромодинамика - адроните могат да бъдат опростено представени като мехурчета във вакуум (така наречените "торби"), вътре в които се съдържат кварки и глуони (виж "Наука и живот" № 10 , 1987). Нулевите осцилации на квантуваните полета на кварките и глуоните водят до появата на енергията на Казимир на торбата, която, както се оказва, е около десет процента от общата й енергия. Приносът на енергията на Казимир също трябва да се вземе предвид при определяне на радиуса на торбата, масата на адрона и другите му характеристики, измерени в експеримента.

Друго интересно приложение на ефекта на Казимир се отнася до многомерни модели от типа Калуца-Клайн. Според такива модели „истинското“ измерение на нашето пространство-време е по-голямо от четири, да речем 10, 11 или 26. Въпреки това, допълнителните измерения (с изключение на нашите четири или три пространство и време) са затворени или, както се казва , уплътнени на много малки разстояния - от порядъка на 10 –33 сантиметра, поради което просто не ги забелязваме. Именно тази изолация на допълнителни измерения гарантира ефектът на Казимир.

И накрая, силите на Казимир се оказаха изключително чувствителни към параметрите на хипотетичните леки или като цяло безмасови частици, прогнозирани днес в рамките на унифицирани калибровъчни теории, суперсиметрия и супергравитация (скаларен аксион, дилатон, арион, антигравитон със спин едно и много други). Такива частици не могат да бъдат открити дори с най-мощните ускорители, тъй като те са неутрални и способни да проникнат в огромни слоеве материя, без да взаимодействат с нея. Но именно тези частици водят до появата на нови сили, които бавно намаляват с разстоянието – далечни – сили (виж статията на Е. Б. Александров „В търсене на петата сила“), които могат да бъдат записани на фона на Казимир сили. Подобна работа се извършва в Московския държавен университет под ръководството на доктора на физико-математическите науки V.I. Панов с помощта на атомно-силов микроскоп (вж. „Наука и живот” № 8, 1989 г.). Следователно е възможно в близко бъдеще ефектът на Казимир да се превърне в нов тест за прогнозите на фундаменталните физични теории.

Източници на информация:

1. Мостепаненко В.М., Трунов Н.Н. Ефектът на Казимир и неговите приложения. „Напредък във физическите науки“ v. 156, no. 3, стр. 385...426. 1988 г.
2. Мостепаненко Л.М., Мостепаненко В.М. Концепцията за вакуум във физиката и философията. „Природа”, бр.3, стр. 88...95, 1985 г.
3. Гриб А.А., Мамаев С.Г., Мостепаненко В.М. Вакуумни квантови ефекти в силни полета. М., "Енергоатомиздат", 1988 г.

Наука и живот. 1989. № 12.

Вижте също:

1. Еткин В.А. За ориентационното взаимодействие на спиновите системи. , 2002.
2. Риков А.В.

Когато магьосникът първо извади жив заек от напълно празна шапка, след това цветя и накрая започне да изважда безкрайна лъскава панделка, умните деца, разбира се, ентусиазирано ръкопляскат, но знаят, че всичко това е чиста измама. Те прекрасно разбират, че не можете да получите нещо от нищо. Всички тези зайци, цветя и панделки вече бяха скрити някъде предварително и цялото „чудо“ беше в сръчните ръце на магьосника.

Е, сега да видим истинското представление, което ни дава един истински магьосник и магьосник – природата. Първо, нека подготвим сцената. Нека премахнем всички тези къщи, гори и планини. Да махнем Слънцето, Земята и всякакви мъглявини. След това ще се занимаем с останалите молекули, атоми и елементарни частици. В същото време нека изхвърлим полетата: електромагнитни, гравитационни и като цяло всичко, което ни идва. Сега сцената е готова. Това, което остава, е напълно празна шапка - абсолютен физически вакуум. Сега идва изходът на природата. В ръцете си тя държи две напълно неутрални плоски метални пластини, които изведнъж, без видима причина, започват да се привличат. Моля, обърнете внимание - това е истински трик! В края на краищата ние предварително унищожихме всички полета, включително електромагнитните и гравитационните. Как тогава тези записи успяват да се усетят един друг от разстояние? Разбира се, привличането между плочите е много, много слабо, но го има! Нека подчертаем: това не е измислица, това е експериментално установен факт. Този ефект се нарича ефект на Казимир. За да разберем същността на този трик, нека погледнем зад кулисите и се опитаме да „изложим“ природата. За да направите това, трябва да направите само няколко стъпки.

Първа стъпка. Ето една проста задача: дадена е топка с маса мвърху безтегловна пружина с твърдост к. Въпросът е при какви стойности на импулса на топката и нейните координати енергията на системата приема най-малка стойност и на какво е равна тази стойност? От гледна точка на класическата Нютонова механика отговорът е очевиден. Ако V- скорост и хе координатата на топката, тогава общата механична енергия на системата има формата

Чрез задаване на произволни начални стойности за VИ х, получаваме движение с някаква специфична енергия. Тъй като VИ хмогат да бъдат избрани независимо и по желание, а изразът за енергия зависи от квадратите на тези количества, най-малката стойност на енергията е нула. Ясно е, че при нулева енергия и скоростта, и координатата са били равни на нула в началния момент от време и ще останат равни на нула във всички следващи моменти от време съгласно закона за запазване на енергията. И така, получихме отговора: състоянието на класическия осцилатор, съответстващо на състоянието с минимална възможна енергия, е състояние на абсолютен покой. Уви, ние само мечтаем за мир. Природата има свое виждане за решаването на този училищен проблем. Тя, природата, особено що се отнася до нейните любими електрони-позитрони, различни атоми и молекули, ни обяви, че живеят не по Нютоновите закони, а по своите - квантовите. Квантовата механика твърди, че никоя система не може фундаментално да бъде в състояние на абсолютен покой и това заключение на квантовата механика се потвърждава експериментално!

Простата ни задача изведнъж се усложни. Сега, дори в основното състояние - състоянието с минимална енергия - системата просто трябва да бъде в непрекъснато движение. Нашата топка всъщност трепери (или, както се казва "научно", се колебае) около равновесното положение. Разбира се, амплитудата на тези трептения е много, много малка. Само природата може да "види" нещо толкова малко. Човешкото око не може да различи явления, случващи се в толкова малък мащаб. Ето защо ние живеем спокойно и щастливо в правилния Нютонов свят и нашата къща не изпитва никакви „квантови” колебания. Стои вкоренено на място и стои.

Но да се върнем към нашата задача. Да направим втората стъпка. Вярно, как да го направим, какво трябва да направим, за да намерим минималната стойност на енергията, действайки според правилата на квантовата механика? Първото правило на квантовата механика гласи: ние нямаме право да избираме стойностите на импулса и координатите на топката, както ни харесва. Да предположим, че по някакъв начин знаем по какъв закон топката се движи в състояние с минимална енергия. (Такова състояние в квантовата механика се нарича основно състояние.) Тогава можем да изчислим средноквадратичното отклонение от равновесното положение ср. д х 2 и средната квадратична стойност на средната стойност на пулса. д стр 2. Лентата означава, че осредняваме тези стойности за периода на колебание. Според концепциите на квантовата механика тези величини са свързани чрез отношението

където (h) е известната константа на Планк.

Запомнете това съотношение! Той играе основна роля в наблюдаваните тънкости, които природата ни дава вместо прости и недвусмислени класически конструкции. Неравенството () се нарича отношение на несигурност.

И така, правило номер две: за да изчислим енергията на основното състояние, трябва да използваме съотношението на неопределеността. Нека направим съответните изчисления. Тъй като изучаваме малки колебания близо до равновесното положение, задаваме средната стойност. д х 2 ~ х 2, ср. д стр 2 ~ стр 2. Колкото и да е странно, природата реши да остави израза за общата механична енергия непроменен. Единственото условие е, че в този израз импулсът и позицията винаги трябва да бъдат свързани чрез връзка на несигурност. Ако приемем, че стр 2 · х 2 ~ (h) 2 /4, тогава общата енергия е функция само на една променлива. Наистина, като вземем предвид равенството (), получаваме

Енергията на основното състояние е равна на най-малката стойност на функцията д = д(х). За да намерим тази стойност, прилагаме неравенството между средното аритметично и средното геометрично на две положителни числа. Ние имаме

и равенството се постига, когато

където w = ( к/м) 1/2 .

Разбира се, точното решение на задачата за енергията на основното състояние на осцилатора е много по-сложно и излиза извън рамките на училищната математика. Друго нещо е интересно: резултатът, който получихме, съвпада с точния! Между другото, това не е толкова рядък случай във физиката, когато прости оценки водят до верния отговор.

Въпреки простотата на този резултат и изключителната лекота, с която го получихме, в добрия смисъл той трябва да бъде поставен в рамка и окачен на стената до уравнението на Айнщайн д = мс 2. В края на краищата, това коренно променя представите ни за това какво е, когато няма нищо.

Между другото, за какво говорим? Защо изведнъж започнахме да решаваме проблема с осцилатор, ако в началото говорихме толкова дълго и красиво за абсолютния вакуум? Не, не напразно направихме тези изчисления. Запомнете: вакуумът е пълната липса на каквото и да било. Имайки предвид това, подготвихме сцената за демонстриране на ефекта на Казимир. Ние внимателно премахнахме частици и полета, т.е. намали енергията на Вселената. Наистина, имаше частица, имаше Айнщайнова енергия mc 2, частицата я няма - общата енергия на системата е намаляла с това количество. Имаше електромагнитно поле (т.е. имаше неразделна двойка: електрическо дплюс магнитни бкомпоненти) - имаше енергия

(тук e 0 и m 0 са електрическите и магнитните константи, д- електрическо напрежение и б- индукция на магнитни полета). Електромагнитното поле е изчезнало, което означава, че общата енергия на нашата сцена – Вселената – отново е намаляла. Нашата платформа, вакуум, подготвен за изпълнение, е по същество и по дефиниция състояние с минимална възможна енергия. В нашия осцилационен проблем основното състояние е този „осцилационен“ вакуум. Вярно, отговорът ни беше странен. Те искаха да получат празнота, липса на нещо, но това, което получиха, беше някакъв неразрушим трепет. Мотивирана от факта, че живее според своите квантови закони и Нютон не е нейна повеля, природата е скрила енергията (h)w /2 в ръкава си и следователно нейната „осцилаторна“ шапка никак не е празна. Нещо там непрекъснато се движи, променя се, живее, въпреки че ние, публиката, не го виждаме. Факт е, че според същите квантово-механични правила на играта можем да „виждаме“, т.е. наблюдавайте само средната стойност на всяко количество. За трептенето, което открихме, или, както се нарича иначе, нулево трептене, средните стойности както на импулса, така и на координатите са равни на нула. Стъпка надясно, стъпка наляво и в резултат оставате в средата. Като цяло нищо не се вижда, но нещо се движи там.

Тъй като веднъж природата се е спъвала и е мамила, не можете да й се доверите. Така че ние й позволихме да си играе с електромагнитното поле и след това се опитахме да й отнемем тази играчка, т.е. искаше да получи състояние с минимална енергия. Е, сигурно и тук е скрила нещо! Единственият въпрос е колко? Оказва се, че отговорът се съдържа в задачата, която вече решихме за топка върху пружина.

От училище знаем, че ако една система извършва хармонични трептения, тогава нейната енергия има точно формата, която записахме по-горе за енергията на топката. Просто трябва да запомните, че „координатата“ вече е променлива, която описва отклонението от равновесното положение. Например за математическо махало, вместо хтрябва да поставим в нашия израз ъгъла на отклонение от вертикалата q, а вместо скорост - D q / D T. Вместо това за осцилаторна верига хнеобходимост от замяна на такса Q, а вместо скорост - ток й. Разбира се, в зависимост от ситуацията значението на константите ще се променя. к, м.

В случай на електромагнитно поле може да се разсъждава по различен начин: аналог на енергията на топката е енергията на електромагнитната вълна

В проблема с топката, ако импулсът е по-голям, тогава координатата е по-малка и те осцилират с изместване. Същото се случва в електромагнитната вълна: повече магнитен компонент - по-малко електрически, и така те се вливат един в друг. Това е много подобно на топка на пружина и би било възможно да се направи веднага вместо това хИ стрпишете дИ б. Честотата w на такива трептения е свързана с дължината на електромагнитната вълна l чрез добре познатата връзка

Очевидно няма такива елементарни осцилатори в природата, тъй като дължините на вълните, които могат да съществуват, не са ограничени по никакъв начин. Те могат да бъдат дълги километри (радиовълни) или могат да бъдат много по-дълги. В комплекта има и много къси, от порядъка на интерстициалното разстояние в кристалната решетка (рентгенови лъчи), а има и много, много по-къси. От всяка електромагнитна вълна, т.е. от всеки осцилатор със собствена честота на трептене w природата, както вече видяхме, скри енергия (h)w /2. В същото време тя натрупа много. Общата енергия, останала след „прочистването“, когато видимите и осезаемите полета изглеждат изчезнали, се изразява чрез сумата

Освен това, сумирането трябва да се извърши за всички дължини на вълните. Можете да сте сигурни, че този сбор е равен на безкрайност!

Това е енергиен резерв! Това, което в сравнение с това е някаква дреболия, равна на енергията, складирана в петрола в Каспийско море или Арабските емирства. И ядрената и термоядрената енергия не могат да се конкурират с този резерв. Безкрайността си е безкрайност. Ако мислите, че това е всичко, тогава дълбоко грешите. От квантова гледна точка всяка частица също е вълна. Ако е така, тогава всяка частица е свързана със собствено поле, свои собствени вибрации и от всяка може да се крие и енергия, равна на (h)w /2. Това вече не е шапка, а някакъв гигантски котел, в който всяка една елементарна частица кипи, трепери, появява се и пак изчезва (дори и тези, за които все още нищо не знаем), а тук ставаше въпрос само за фотони. По принцип тези частици дори могат да бъдат извадени от този котел на бял свят и направени „истински“, т.е. наблюдаем.

Тяхното вакуумно несъществуване може да бъде прекъснато с помощта на прогресивния метод на Балда за обучение на дяволите в езерото да бъдат мъдри. Просто трябва да разбиете добре тази шапка (звучи научно - да осигурите на системата достатъчно количество енергия) и частиците ще изпаднат като от рог на изобилието. За да обясним ефекта на Казимир, трябва да направим последната, много малка стъпка. Просто трябва да запомните какво е резонатор. Като цяло това е едно и също устройство, което не реагира на всички вълни, а само на тези с дължина на вълната с подходящ, желан размер. Въвеждайки метални пластини във вакуум, природата създава резонатор. Сега вакуумът се раздвижи (отново ефектът на Балда!). Тези нулеви трептения на електромагнитни вълни, при които цял брой полувълни не се вписват в пролуката между плочите, се чувстваха много неудобни. Причината е, че както знаете от училищния си курс по физика, електромагнитното поле не прониква през метала. Следователно вълните, чийто възел не удря плочата, се изхвърлят оттам. Сега енергията на вакуума се е променила. Само онези половини, за които l = а/н, Където н- произволно цяло число, а- разстояние между плочите.

И така, общата енергия на вакуума с плочите сега е равна на

Разбира се, от обикновена гледна точка изваждането на безкрайност от безкрайност е напълно абсурдна задача. Но това, в което физиците са станали опитни, е способността да извършват аритметични операции с безкрайности. За теоретичен физик, дори начинаещ, изваждането на безкрайност от безкрайността и в същото време получаването на крайно число (наблюдаемо и експериментално проверимо) е лесно. Отговорът на нашия проблем има формата

Методът за постигане на този резултат, макар и подобен на магическите трикове, е изненадващо прост. За да има смисъл от формалната манипулация на безкрайностите, сумите трябва първо да бъдат направени крайни. Да приемем, че няма много къси вълни, т.е. в сумата над l ще се ограничим само до l > l 0 . Съответно общо нще трябва да се огранича н < а/l 0 . Сега нека изчислим разликата. Това ще стане функцията за изрязване l 0 . Ако вземем все по-малки и по-малки стойности на l 0 и начертаем тази функция, се оказва, че тя клони към крайна граница като l 0 ® 0. Тази процедура, наречена ренормализация или регуляризация, води до резултата, споменат по-горе.

Полученият резултат е резултат от „едномерната” електродинамика. Нашите вълни можеха да се разпространяват само в една посока - перпендикулярно на плочите. Всъщност, въпреки че плочите са плоски, проблемът е триизмерен. Електромагнитните вълни (дори под формата на нулеви трептения) могат да се разпространяват в три посоки. Това не променя същността на въпроса, необходима е само лека промяна на нашите изчисления.

Крайният отговор на 3D проблем изглежда така:

Където С- площ на плочата.

Какво да правим сега с този израз? Е, първо, очевидно е, че когато плочите се приближат една до друга (намаляват а), Д днамалява (знак минус!). Следователно, колкото по-близо са плочите, толкова по-енергийно благоприятно. Спомнете си девети клас: потенциална енергия Uкамък в гравитационно поле на височина хравна на mgx. Спуснете камъка и енергията му ще намалее. Но знаете, че Земята привлича камъни! Следователно намаляването на потенциалната енергия, когато телата се приближават едно към друго, показва тяхното взаимно привличане. Как тази сила може да бъде извлечена от енергията? Да, много просто. За нашия „каменен“ проблем, нека компенсираме разликата

Знакът минус се появи поради факта, че силата е векторно количество и според това правило намираме проекцията на силата върху абсцисната ос. В проблема с "камъка", използвайки тази формула, ще получим - мг, т.е. както трябва да бъде - силата е насочена надолу, към Земята.

С помощта на тази процедура е лесно да се намери силата, с която се привличат плочите:

Такова привличане наистина е открито експериментално. Тези, които знаят как да правят трикове, са експериментатори! Те успяха да изчистят сцената си от всички взаимодействия и да усетят ефектите, свързани с абсолютния вакуум, което само по себе си изглежда като чудо. За С= 1 cm 2, а= 0,5 µm, силата на привличане е 2·10 - 6 N, което е в добро съответствие с дадената теоретична формула.

Моля, обърнете внимание: изразът за сила изобщо не включва константата на електромагнитното взаимодействие (няма д- електронен заряд), и това въпреки факта, че говорихме за метала и електромагнитното поле, взаимодействащо с него. Именно този факт ни позволява да разглеждаме ефекта на Казимир като ефект на вакуумна поляризация поради гранични условия (плочи). Тук има пълна аналогия с поляризацията на диелектрик във външно електрическо поле. Човек дори може да опише това явление, като въведе диелектричната константа на вакуума e. Просто не го бъркайте с e 0, което е включено във всички електрически закони в системата SI и което е възникнало само поради нашето объркване при определянето на единицата за заряд. Нашият вакуум e е реална физическа характеристика, която описва реакцията на вакуума към външни влияния.

Сега стигнахме до края. Както може да се очаква, природата е същият магьосник и измамник. За пореден път се убедихме в правотата на светската мъдрост, че ако няма нищо, значи няма нищо. Нашата задача обаче не беше да хванем природата за ръка, а да разберем как работи всичко това. Както винаги, когато изучаваме природни явления, възниква въпросът: възможно ли е да се извлече полза от това знание? Възможно ли е да се използва това по някакъв начин? В крайна сметка енергията, независимо къде се съхранява, е енергия и просто трябва да върши работа. Ако сме се научили да извличаме енергията, съхранявана не само в петрола, но и в атомното ядро, тогава защо да не се опитаме да я извлечем от бездънни вакуумни кладенци. Наистина, такива експерименти се провеждат. Вие, разбира се, разбирате, че в този случай не говорим за създаване на практични устройства като печка или реактор, а за изследване на фундаменталната възможност за използване на тази енергия.

Всеки, който вярва, че свойствата на вакуума са ограничени до ефекти, подобни на описаните, дълбоко се лъже. Безкрайният и вездесъщ вакуум непрекъснато се намесва в явленията както в микрокосмоса, така и в делата на Вселената. В микрокосмоса наблюдаваните частици просто са принудени да живеят в този кипящ котел с нулеви колебания. Вече обсъдихме факта, че по принцип в това вакуумно нищо могат да се намерят всички елементарни частици и то в неограничени количества. Ако дадена частица има античастица (един електрон има позитрон), тогава техният вакуумен живот протича заедно. Нулевите колебания за тях се състоят в това, че възниква двойка частица-античастица, след което частицата и античастицата взаимно се унищожават - анихилират. Така се оказва, че те изглеждат съществуващи, но изглежда не съществуват. Частиците в това състояние се наричат ​​виртуални.

Сега си представете: нашата наблюдаема реална частица лети (нека е електрон), а наблизо - бълбукане-бълбукане - виртуални двойки или ще възникнат, или ще се срутят. Често се случва природата да бърка виртуалните частици с реалните - в крайна сметка всички частици са идентични и един електрон не може да бъде разграничен от друг. И така, виртуална двойка възникна близо до вашия електрон, но античастицата обърка своя виртуален партньор и се унищожи с реалната частица. Разбирате, че виртуалният електрон няма друг избор, освен да влезе в ролята на реална частица. В резултат на това пред очите ни се случва нещо невъобразимо: на едно място е имало истинска частица и изведнъж се е озовала на друго. Някаква телепортация. Това „трептене“ на електронната орбита в атома е теоретично предсказано и експериментално потвърдено (Lamb shift). Защо говорим за различни атомни дреболии, когато безкрайната енергия, съхранявана във вакуум, й позволява да се конкурира с космологичните числа. Много е вероятно и такива хипотези са били изказвани, че именно вакуумът е определял и определя еволюцията на Вселената. Само използването на вакуум с неговите необичайни свойства очевидно може да ограничи черните дупки и да им попречи да се свият до нефизическа математическа точка. Така че във вакуума има много работа и следователно (цитирайки Я. Б. Зелдович) може да се твърди, че „няма заплаха от безработица за теоретиците, занимаващи се с астрономически проблеми“.

Казимир Хендрик- холандски физик, член на Холандската академия на науките (1964), президент на Академията на науките (1973).

Работи за Бор в Копенхаген и в Цюрих за Паули. Работи в областта на квантовата механика, ядрената физика, физиката на ниските температури, свръхпроводимостта, термодинамиката, магнетизма, приложната математика.

През 1934 г., заедно с К. Гортер, развива феноменологичната теория на свръхпроводимостта (модел на Казимир-Гортер). През 1936 г. той изгражда квантова теория за взаимодействието на ядрото с електрическите и магнитните полета в атомите и молекулите. През 1942 г. той разработва подробна теория за магнитните октуполни взаимодействия. Заедно с Du Pré, той въвежда концепцията за температурата на въртене през 1938 г., разделяйки степените на свобода на въртене в отделна термодинамична подсистема.

1. В. В. Мостепаненко, Н. Н. Трунов.Ефектът на Казимир и неговите приложения. Москва, Енергоиздат, 1990 г.

3. С. Хокинг.От Големия взрив до черните дупки: Кратка история на времето. М., Мир, 1990.

През 1948 г. Г. Казимир теоретично прогнозира ефекта, който по-късно е кръстен на него. Ефектът е, че всяка от две плоски, успоредни, проводящи плочи, поставени една срещу друга във вакуум, нормален към тях, е подложена на сили от негравитационен произход, стремящи се да ги доближат една до друга (Фигура 1).

Фиг. 1. Класически ефект на Казимир.

Съвременното обяснение за появата на тези сили е, че те са причинени от разликата в налягането на виртуалните фотони върху плочите отвън и отвътре. Според законите на квантовата механика, фотони могат да съществуват само между плочите с дължини на вълните, които се вписват многократно в пролуката между плочите. По този начин основната част от виртуалните фотони, присъстващи в свободното пространство и имащи произволни дължини на вълната, се „изяждат“ в празнината. В резултат на това налягането върху плочите отвън значително надвишава налягането отвътре, което причинява появата на силата на Казимир.

2. Силата на Казимир за 2 плоски проводящи повърхности на единица площ е равна на:

, (1)

където "-" означава, че има привличане на плочите една към друга,е константата на Планк, c е скоростта на светлината и d е разстоянието между плочите.

Числено F c [din]= 1,3*10 -18 * S/d 4 , където S и d се измерват в [cm]. Например за чинии с площ от 1 см 2 и d= 10 nm, силата ще бъде приблизително 10 6 дин, т.е. налягането върху плочите ще бъде около атмосферното!

Големината на силата на Казимир е потвърдена в експерименти от 1958 г. насам и съвпада с теоретичната стойност за широк диапазон от геометрии: плоски плочи, плоча и сфера, два цилиндъра, наноструктури и т.н. (вижте например номера 7 -15 в списъка с препратки и номера 13-21 в списъка с препратки към).

Днес точността на експериментите е доведена до процент от теоретичните стойности, което безспорно потвърждава съществуването на силата на Казимир като физическо явление, както и правилността на изчисляването на нейната стойност.

3. За изследване на свойствата на силата на Казимир, по-специално, активно се използва геометрията „сфера + равнина“ (фиг. 2), , , .

Фиг.2. Геометрия "сфера + равнина"

Теоретична стойност на силата на Казимир за сфера и равнина (за случая d<< R) даётся выражением .:

*R (2).

Тази формула може да бъде получено от (1) с най-общите и естествени приближения, известни като PFA (приближение на силата на близост) или PAA (приближение с добавяне на двойки), метод за изчисляване на , .

Използване на стандартния метод на интегриране върху сфера, безкрайно малък елемент от нейната повърхност, го заместваме с безкрайно малък, който поради размера си се счита за плосък четириъгълник, с нормала, насочена по радиуса под ъгълкъм оста Z. Цялата сфера се разглежда като тяло, образувано от безкраен брой такива безкрайно малки 4-ъгълници. По естествени причини се разглежда само долното полукълбо на сферата “C”, т.е. диапазон на ъгъла:= и = , спрямо оста Z, която е нормална към равнината XY.

По този начин съвпадението на резултатите от редица експерименти с изчисленията, направени съгласно (2), доказва фундаменталната приложимост на израз (1) за изчисляване на силите на Казимир в произволни геометрии.

5. Сега нека си зададем въпроса за посоката на силите на Казимир в геометрията на плоски, но не успоредни плочи.

Както беше отбелязано по-горе, израз (1) работи в случай на произволна геометрия и кривина, следователно работи и в най-простия случай: в случай на равнини, разположени под произволен ъгъл една спрямо друга.

Нека подредим плочите по следния начин: на една от едноименните страни ще ги докоснем, а противоположните страни ще се раздалечат (фиг. 4). Получихме дизайна на „ъгъла“. Този дизайн прилича на буквата „V“ в план и има произволна дължина „в дълбочина“ на дизайна.

Фиг.4. Ъглов дизайн

Силата на Казимир е резултат от въздействието на виртуални фотони върху сайтаdS. При абсолютно еластично въздействие (което е отражение на фотон) се променя само нормалната компонента на импулсаПфотон , а тангенциалната компонента остава непроменена. По този начин векторът се предава на сайтаdSимпулс Пс насочен нормално към повърхността. Също така отбелязваме факта, че посоката на движение на фотона: отгоре надолу или отдолу нагоре не влияе на посоката на импулсаП c (фиг. 5).

Фиг.5. Импулсът винаги се предава в една посока, независимо от посоката на движение на фотоните: отдолу нагоре или отгоре надолу.

Отчитайки всички разгледани факти и изводи от тях, стигаме до извода, че за всяка равнина, образуваща дадена “V” структура, “ъгъл”:

1. Силата на Казимир действа - напълно аналогично на това как действа върху всеки елемент от сферата, неуспоредна на равнината XY.

2. Поради посочените по-горе причини, силата действа върху всяка нормална към нея равнина и е насочена вътре в „ъгъла“.

След като извърши разпадането на силите на КазимирЕ° С (действащи върху всяка от плочите) върху компонентите F x и F z, виждаме, че:

X-компонентите на силите, приложени към ъгловите пластини, са равни и насочени една към друга. Така те са чистата сила на Казимир и се стремят да сближат плочите.

Z-компонентите на силите се СУМИРАТ, което води до появата на некомпенсирана сила по оста z (фиг. 6).

Фиг.6. Разлагане на силата на Казимир на компоненти (за лявата повърхност)

Така стигнахме до заключението, че „ъгълът“ по оста z е подложен на постоянна сила, създадена от натиска върху тази макроструктура на виртуални частици (в този случай фотони) и тази сила е насочена от върха на „ъгъл“ към неговото решение.

6. защото новите ефекти трябва да бъдат оценени от гледна точка на тяхното съответствие със законите за опазване; трябва незабавно и категорично да се отбележи, че съществуването на теглителна сила не нарушава тези закони.

Факт е, че ние разглеждаме абсолютно ОТВОРЕНА система, за която „ъгълът“ е само една от нейните части и сам по себе си не създава никакви сили.

Външен вид Есцепление се дължи на взаимодействието на ъгъла с виртуални фотони, т.е. с вакуума на фотоните на Вселената, които (виртуалните фотони) винаги съществуват в пространството и по принцип не могат да бъдат напълно екранирани.

За да се премахнат трудностите при разбирането на същността на получения резултат, е достатъчно да се посочи почти пълната аналогия в принципа на действие на описаната конструкция и конвенционално платно. И двете структури са просто препятствия, специално проектирани и поставени в пространство, където има движение на външни за тях материални елементи.

Тези външни елементи имат енергия и импулс, които се определят от глобални процеси, закони и взаимодействия, които са напълно независими по отношение на такова конкретно явление като поставянето на ъгъл или платно в дадена точка от пространство-времето.

По този начин получената сила, приложена към препятствие (платно или ъгъл), е следствие от натиска на външни елементи върху препятствието и не нарушава никакви закони за запазване.

И така, ъгълът е структура, която трансформира движението на виртуални фотони в векторно и тягово контролирано движение на макротяло, т.е. управлявани от задвижването.

7. Изчислявайки теглителната сила на „ъгъла“, използвайки (1), в приближението на PFA (точка 3), получаваме:

) (3)

където b е „дължината“ на ъгъла (буквата V „дълбоко“ в страницата), L min min , L max - разстояние между страните на ъгъла според нивото Zмакс . Как точно се измерват тези количества е показано на фиг. 7.

Фиг.7. За да изведете формулата за теглителната сила на "ъгъла"

Тази формула работи в диапазона на ъгъла: 0< α <(π /4). При α= 0 се превръща в израз (1) за плоскопаралелни плочи и при ъглиα >=(π /4) PFA приближението не работи за тази геометрия.

Поради зависимостта Fтласък от ) очевидно е, че стойността на параметъра Lмакс , всъщност не играе роля, т.к Л max >> L мин.

По този начин, за практически изчисления и оценки, имаме следния израз (катоα ~0):

F тяга [din] ~ 217 * b / (L min ) 3 , където се измерва bв [cm] и L min в [nm].

Стойност L мин ограничено отдолу от нивото на „прекъсване“, което се определя технологично:

Точността на производството на плочи (тяхната грапавост, степен на плоскост), както и

МИНИМАЛНАТА дължина на вълната на фотоните, които могат да бъдат ефективно отразени от веществото, от което е направен ъгълът.

Особено внимание трябва да се обърне на факта, че поради зависимостта Fтласък от ( ), теглителната сила е ИЗКЛЮЧИТЕЛНО чувствителна към най-малката промяна в Lмин.

Промяна в (3) други технологични параметри, т.е.

Повишаване на отразяващата способност на повърхностите и/или разширяване на диапазона на ефективност на рефлектора до високи честоти и

Увеличаване на общата дължина на „ъгъла“ (параметър „b“ - дължината на буквата V „дълбоко в страницата“),

ще нарастнеЕтласък линейно.

8. За да разберем къде се намираме (технологично) в момента, може да се отбележи, че напредналите, но не и уникални съвременни микроелектронни технологии, с подходяща модификация, най-вероятно ще могат да създадат задвижващи панели с размери един метър на метър и с незначителна дебелина, чиято тяга ще бъде единици - десетки дини, което прави възможно използването им като двигатели с ниска тяга за космически конструкции.

Панелът (в план) най-вероятно ще изглежда като комплект от ъгли: “VVV...VVV”, а самият двигател ще изглежда като набор от такива панели, монтирани на контролирани независими окачвания (фиг. 8).

Фиг.8. Дизайн на панел от „ъгли“

Имайте предвид, че за пълно управление на вектора и тягата на създаденото устройство ще са достатъчни два еднакви панела (фиг. 9).

Фиг.9. Принципът на управление на конструкция, базирана на панели с „ъгли“: a – без движение, b – движение във всяка посока

За да оценим теглителната сила на ъгъла, използваме следните стойности:

Материал: алуминий (Ал), плътност ρ = 2,69 [g/cm 3 ],

Ъгъл полуотворен ъгъл,α - минимум, единици ъглови градуси,

Максимален ъглов отвор, L max >> L мин.,

Дължина на страната на ъгъла (дължината на един от сегментите, образуващи буквата V), L>~ 100 [µm],

Ъгълът запълва цялата възможна площ на панела с размери 1 [m] x 1 [m] (фиг. 8) по такъв начин, че разстоянието между същите елементи на успоредни ъгли е 200 [μm]. Така общата му дължина е b= 500 000 [cm] (5 km),

Минималната дължина на вълната на фотоните, ефективно отразени от повърхността на ъгъла (Ал) , λ min = 200 [nm] и по този начин L min =200 [nm],

Коефициент на отражение на повърхността (Ал) при дължина на вълната λ min = 200 [nm]: R= 0,8,

В резултат на това получаваме Fтяга ~ 10 [din].

Намалете Lmin до 50 [nm] (при стойност R~ 0,2) ще осигури теглителна сила Fтяга ~ 170 [din].

Ако L мин ще бъде възможно да се доведе до 10 [nm], докато има нормален коефициент на отражение R~ 0,1, това ще направи възможно получаването на Fтяга ~ 11 000 [din].

Оценявайки ускорението на ненатоварен панел, имаме следните стойности (с маса на панела ~ 700 g, размери 1 m * 1 m * 0,5 mm, коефициент на кухина = 0,5, материал -Ал):

Lmin = 200 [nm]: ускорение a= 0,016 [cm/s 2 ],

Lmin = 50 [nm]: ускорение a= 0,24 [cm/s 2 ],

Lmin = 10 [nm]: ускорение a= 16 [cm/s 2 ]= 0,016 [g].

9. Качествено потвърждение на въпросния ефектв експеримента,може да се получи доста просто и бързо в резултат на измерване на тягата на „ъгъл“, фиксиран в различни ориентации върху торсионна везна.

10 . Ефектът на Казимир е макроскопичен резултат от съществуването на виртуални фотони. Всички други виртуални частици, както масови, така и безмасови, имат същия статус на съществуване.

В тази връзка е от голям интерес експерименталното изследване на аналози на ефекта на Казимир за други полета и частици. Особено интересна е оценката на възможността за получаване на теглителна сила и нейната технологично постижима стойност.