Фізики навчилися управляти «силою порожнечі» для руху об'єктів у вакуумі. Як це змінить наші технології?
Наукпоп9 серпня 2020, 07:00
Для більшості людей, вакуум — це простір, у якому немає повітря і будь-якої іншої речовини. Ми тримаємо продукти харчування у вакуумних упаковках для того, щоб уникнути їх окислення і продовжити термін зберігання.
Але у реальності абсолютного вакууму не існує, оскільки навіть у максимально безповітряному просторі все одно будуть існувати дрібні частки, які змінюють цей простір.
Фізики давно навчилися управляти енергією найдрібніших частинок, щоб впливати за допомогою них на різні об'єкти.
Днями вчені з Австралії і США заявили про винахід нового методу вимірювання та контролю сили найдрібніших частинок у вакуумі, — дослідники протестували вражаючий квантовий ефект, який у середині минулого століття передбачив голландський фізик-теоретик Хендрік Казимир.
Йдеться про так званий ефект Казимира — взаємодію двох незаряджених об'єктів у електромагнітному полі вакуумного простору. Цю взаємодію забезпечують квантові флуктуації - незначні прояви енергії у порожньому просторі.
Експериментально цей ефект підтвердили тільки у 1997-му, за три роки до смерті Хендріка Казимира, — тоді вчені продемонстрували прояв сили квантових флуктуацій у діапазоні від 0,6 до 6 мікрометрів.
Передплатіть NV Преміум та читайте без обмежень
Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою
Днями фізики з Університету Західної Австралії і Каліфорнійського університету у Мерседі опублікували результати дослідження, згідно з якими ці незначні сили у вакуумі можна виміряти і використовувати їх для управління об'єктами.
«Якщо навчитися вимірювати і керувати силою Казимира на об'єктах, можна отримати можливість поліпшити чутливість до сили і зменшити механічні втрати, що може серйозно вплинути на науку і технології», — заявив керівник дослідження професор Майкл Тобар.
Команда Тобара передбачила, що керувати силою Казимира можна за допомогою зміни температури об'єктів у вакуумі.
«Ці коливання взаємодіють з об'єктами, поміщеними в вакуум, і насправді посилюються зі збільшенням температури, викликаючи вимірювану силу з „нічого“, також відому як сила Казимира», — пояснив Тобар.
У якості об'єктів вчені використовували тонкий металевий корпус, який був розташований на відстані всього у один мікрометр від мембрани з нітриду кремнію, також оберненої у метал.
Ця установка дозволила дослідникам обмежувати певні види електромагнітного випромінювання і, за допомогою електростатичної сили, контролювати щілини між об'єктами.
Коли ця щілина ствала крихітною, вчені підтвердили, що мембраною у дійсності можна керувати за допомогою сили Казимира.
Автори відкриття помітили, що ця сила може змінювати механічний стан мембрани, а контроль щілини між об'єктами вперше дозволив виміряти її. Чим більшою була щілина між мембраною і корпусом — тим слабкішою була сила Казимира, і навпаки.
Дослідники впевнені, що розроблена ними техніка має «високий потенціал для створення додаткових схем і пристроїв шляхом маніпулювання тепловою силою Казимира».
Вчені припускають, що за допомогою цього можна буде сконструювати дуже точні програмовані пристрої, які дозволять створити нові метрологічні системи і навіть розробити нові інструменти для аналізу гравітаційних хвиль у астрономії.
Існування цих хвиль, також відомих як «Брижі простору-часу», понад 100 років тому передбачив Альберт Ейнштейн.
Саме ці хвилі дозволяють нам аналізувати зіткнення найпотужніших об'єктів у далекому космосі, враховуючи чорні діри, а також вимірювати швидкість розширення Всесвіту.
До слова, з приводу останнього показника у вчених досі немає єдиної думки, так що, можливо, саме сила Казимира допоможе астрофізикам знайти справжню постійну Хаббла.