邁向量子場論
卡西米爾效應
卡西米爾效應是一種微小卻真實的力,當兩塊不帶電的平行金屬板在真空中被極近地放在一起時,它會把它們彼此拉近。它是量子真空並非空無、而是被場的漲落所攪動這一點最直接的演示之一。亨德里克·卡西米爾於一九四八年預言了它,而自二十世紀後期以來越來越精密的實驗已經證實了它。
標準的解釋是這樣的:兩板之間的空間,只能容納那些恰好嵌得進它們之間的電磁場模式,而板外則沒有這樣的限制。由於板內被允許的模式比板外少,漲落著的真空向內壓的力便比向外壓的更強,於是兩板被擠到一起。這個力很微弱,並隨著縫隙縮小而迅速增大,唯有在遠小於一微米的間距下才變得可觀。
卡西米爾效應的意義,遠超出它本身的奇趣。它是一項乾淨、定量的檢驗,表明真空漲落具有可測量的機械後果,並已成為微型機械設計中的一個實際考量——在那裡,相距僅幾奈米的表面會因它而黏在一起。它生動地提醒我們:場的最低能量狀態,活躍到足以推動日常的世界。
F/A = −π²ħc / (240 d⁴) — attraction between plates a distance d apart
板間容得下的場模式比板外少,於是真空把它們壓到一起。
儘管通常用真空零點能來解釋,卡西米爾力同樣可以由兩板中原子間的普通作用力推導出來。因此它證實了量子場論的預言,但其本身並不能在任何天真的意義上證明真空能量「確實在那裡」。
又稱
另見