Физики научились управлять «силой пустоты» для движения объектов в вакууме. Как это изменит наши технологии?
Научпоп9 августа 2020, 07:00
Для большинства людей, вакуум — это пространство, в котором нет воздуха и какого-либо другого вещества. Мы кладем продукты питания в вакуумные упаковки для того, чтобы избежать их окисления и продлить срок хранения.
Но в реальности абсолютного вакуума не существует, поскольку даже в максимально безвоздушном пространстве все равно будут существовать мельчайшие частицы, которые изменяют это пространство.
Физики давно научились управлять энергией мельчайших частиц, чтобы влиять с помощью них на различные объекты.
На днях ученые из Австралии и США заявили об изобретении нового метода измерения и контроля силы мельчайших частиц в вакууме, — исследователи протестировали поразительный квантовый эффект, который в середине прошлого века предсказал голландский физик-теоретик Хендрик Казимир.
Речь идет о так называемом эффекте Казимира — взаимодействии двух незаряженных проводящих тел в электромагнитном поле вакуумного пространства. Это взаимодействие обеспечивают квантовые флуктуации — незначительные проявления энергии в пустом пространстве.
Экспериментально этот эффект подтвердили только в 1997-м, за три года до смерти Хендрика Казимира, — тогда ученые продемонстрировали проявление силы квантовых флуктуации в диапазоне от 0,6 до 6 микрометров.
Подпишитесь на NV Премиум и читайте без ограничений
Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой
На днях физики из Университета Западной Австралии и Калифорнийского университета в Мерседе опубликовали результаты исследования, согласно которым эти незначительные силы в вакууме можно измерить и использовать их для управления объектами.
«Если научиться измерять и управлять силой Казимира на объектах, можно получить возможность улучшить чувствительность к силе и уменьшить механические потери, что может серьезно повлиять на науку и технологии», — заявил руководитель исследования профессор Майкл Тобар.
Команда Тобара предусмотрела, что управлять силой Казимира можно посредством изменения температуры объектов в вакууме.
«Эти колебания взаимодействуют с объектами, помещенными в вакуум, и на самом деле усиливаются по мере увеличения температуры, вызывая измеряемую силу из „ничего“, также известную как сила Казимира», — объяснил Тобар.
В качестве объектов ученые использовали тонкий металлический корпус, который был расположен на расстоянии всего в один микрометр от мембраны из нитрида кремния, также обернутой в металл.
Эта установка позволила исследователям ограничивать определенные виды электромагнитного излучения и, с помощью электростатической силы, контролировать зазор между объектами.
Когда этот зазор становился совсем крошечным, ученые подтвердили, что мембраной в действительности можно управлять с помощью силы Казимира.
Авторы открытия заметили, что эта сила может изменять механическое состояние мембраны, а контроль зазора между объектами впервые позволил измерить ее. Чем больше был разрыв между мембраной и корпусом — тем слабее была сила Казимира, и наоборот.
Исследователи уверены, что разработанная ими техника имеет «высокий потенциал для создания дополнительных схем и устройств путем манипулирования тепловой силой Казимира».
Ученые предполагают, что с помощью этого можно будет сконструировать очень точные программируемые устройства, которые позволят создать новые метрологические системы и даже разработать новые инструменты для анализа гравитационных волн в астрономии.
Существование этих волн, также известных как «рябь пространства-времени», более 100 лет назад предсказал Альберт Эйнштейн.
Именно эти волны позволяют нам анализировать столкновения самых массивных объектов в далеком космосе, включая черные дыры, а также измерять скорость расширения Вселенной.
К слову, по поводу последнего показателя у ученых до сих пор нет единого мнения, так что, возможно, именно сила Казимира поможет астрофизикам найти истинную постоянную Хаббла.