迈向量子场论
卡西米尔效应
卡西米尔效应是一种微小却真实的力,当两块不带电的平行金属板在真空中被极近地放在一起时,它会把它们彼此拉近。它是量子真空并非空无、而是被场的涨落所搅动这一点最直接的演示之一。亨德里克·卡西米尔于一九四八年预言了它,而自二十世纪后期以来越来越精密的实验已经证实了它。
标准的解释是这样的:两板之间的空间,只能容纳那些恰好嵌得进它们之间的电磁场模式,而板外则没有这样的限制。由于板内被允许的模式比板外少,涨落着的真空向内压的力便比向外压的更强,于是两板被挤到一起。这个力很微弱,并随着缝隙缩小而迅速增大,唯有在远小于一微米的间距下才变得可观。
卡西米尔效应的意义,远超出它本身的奇趣。它是一项干净、定量的检验,表明真空涨落具有可测量的机械后果,并已成为微型机械设计中的一个实际考量——在那里,相距仅几纳米的表面会因它而粘在一起。它生动地提醒我们:场的最低能量状态,活跃到足以推动日常的世界。
F/A = −π²ħc / (240 d⁴) — attraction between plates a distance d apart
板间容得下的场模式比板外少,于是真空把它们压到一起。
尽管通常用真空零点能来解释,卡西米尔力同样可以由两板中原子间的普通作用力推导出来。因此它证实了量子场论的预言,但其本身并不能在任何天真的意义上证明真空能量「确实在那里」。
又称
另见