Много света из ничего

В XVIII веке французские моряки наблюдали любопытный эффект. Когда два корабля, раскачивающихся из стороны в сторону в условиях сильного волнения, но слабого ветра, оказывались на расстоянии меньше приблизительно 40 метров, в результате интерференции волн в пространстве между кораблями прекращалось волнение. Спокойное море между кораблями создавало меньшее давление, чем волнующееся с внешних сторон. В результате возникала сила, стремящаяся столкнуть корабли.

Кто знает, но, возможно, подобные вещи станут одними из основополагающих явлений физики XXI века. А всему виной так называемый эффект Казимира. То, что описано выше - это его аналог в макромире. Если же вернуться в мир квантовых эффектов, все становится гораздо интереснее. Но не будем томить. Эффект Казимира ценен тем, что он является демонстрацией возможности рождения частиц из вакуума. Как же он выглядит?

Если взять два незаряженных тела (например, зеркальные поверхности) и поместить их близко друг к другу в вакууме, то между этими телами возникнет казалось бы ничем не мотивированная сила притяжения. Без привлечения квантовой теории объяснить этот эффект невозможно – расстояние между зеркалами достаточно велико, чтобы исключить межмолекулярные и поверхностные силы.

Суть в том, что квантовая теория не считает вакуум абсолютно пустым. В нем постоянно должны рождаться и угасать элементарные частицы. Можно подобрать зазор между зеркалами таким образом, что рождающиеся в нем фотоны будут интерферировать (сравните с кораблями). Иными словами, извне фотонов будет больше чем внутри. То есть вне зазора будет вакуум, а внутри – вакуум, откуда откачали воздух и еще чуть-чуть. Тогда понятно, что снаружи давление больше чем внутри, и оно будет сдавливать зеркала.

Экспериментально эффект был подтвержден лишь полвека спустя после теоретического предсказания, в конце 1990-х годов.

Около полугода назад шведские ученые смогли наблюдать т.н. динамический эффект Казимира. Они заставили зеркала колебаться со скоростью около 5% от скорости света, и затем наблюдали поток фотонов, которые фактически рождались из ничего. Зеркало поглощало на своем пути фотоны, рождающиеся в вакууме, и испускало их в виде упорядоченного потока фотонов реальных.
Трудно пока отметить, чем в дальнейшем будет полезен эффект Казимира. Но его экстраординарная сущность, безусловно, себя еще покажет. Возможно, через 50 лет устройства на его основе будут востребованы так же, как сейчас лазеры.