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卡西米爾效應(yīng)(Casimir effect)就是在真空中兩片平行的平坦金屬板之間的吸引壓力。這種壓力是由平板之間空間中的虛粒子(virtual particle)的數(shù)目比正常數(shù)目小造成的。這一理論的特別之處是，"卡西米爾力"通常情況下只會導(dǎo)致物體間的"相互吸引"，而并非"相互排斥"。它是由荷蘭物理學(xué)家亨德里克·卡西米爾(Hendrik Casimir)于1948年提出的一種現(xiàn)象，此效應(yīng)隨后被偵測到，并以卡西米爾為名以紀(jì)念他。基本信息中文名稱卡西米爾效應(yīng)外文名稱Casimir effect提出者亨德里克·卡西米爾適用領(lǐng)域范圍量子電動力學(xué)提出時間1948年應(yīng)用學(xué)科物理學(xué)目錄1原理介紹2現(xiàn)象探究3實驗測量4熱效應(yīng)5相關(guān)運用6研究進(jìn)展7實驗驗證折疊編輯本段原理介紹

卡西米爾效應(yīng)卡西米爾效應(yīng)大多數(shù)人認(rèn)為，真空是空蕩蕩的。但是，根據(jù)量子電動力學(xué)（一門在非常小的規(guī)模上描述宇宙行為的理論），沒有比這種觀點更加荒謬的了。實際上，真空中到處充滿著稱作“零點能”的電磁能，這正是麥克萊希望加以利用的能量?！傲泓c能”中的“零”指的是，如果把宇宙溫度降至絕對零度（宇宙可能的最低能態(tài)），部分能量就可能保留下來。實際上，這種能量是相當(dāng)多的。物理學(xué)家對究竟有多少能量仍存在分歧，但麥克萊已經(jīng)計算出，大小相當(dāng)于一個質(zhì)子的真空區(qū)所含的能量可能與整個宇宙中所有物質(zhì)所含的能量一樣多。平行板電容器在輻射場真空態(tài)中存在吸引力的現(xiàn)象稱為卡西米爾效應(yīng)?？紤]一個輻射的電磁場，根據(jù)波粒二象性，輻射場可以看作是光子氣，而光子氣可看作是電磁輻射場的簡諧振動。電磁場量子化后，可把輻射場哈密頓寫成二次量子化的形式：

零點能（真空能）可見對每個振動模式k，都有零點能（真空能）存在，這個結(jié)果是引入場量子化后的自然結(jié)果。由于真空能量的存在可以帶來實驗可觀測的物理效應(yīng)——卡什米爾效應(yīng)?？紤]一對距離為a的平行板電容器放在輻射場中，邊界條件為：?？梢婋S平行板距離的增大，所允許的振動模式越多，因此平行板電容器之間由于真空能量的存在而存在一種吸引力——卡什米爾力。反之如果認(rèn)為不存在真空能，則沒有這種力。在具體的計算過程中，由于U(a)的積分（求和）是發(fā)散的。為得到收斂的結(jié)果，數(shù)學(xué)上人為地引入一個切斷因子。折疊編輯本段現(xiàn)象探究

卡西米爾效應(yīng)卡西米爾效應(yīng)兩只輪船在風(fēng)平浪靜的大海中，并列平行距離很近航行，也會發(fā)生相撞。歷史就曾發(fā)生過這類事故。通常來說，造成輪船相撞的因素非常復(fù)雜。就曾經(jīng)發(fā)生過的這類軌事故分析來看，明確原因除去不可抗拒的天氣和海潮等自然原因，以及機械原因、人為原因等人工自然原因之外，還有主要為卡西米爾效應(yīng)引起的不明原因發(fā)生的相撞。不明原因脫軌發(fā)生的頻率呈上升趨勢。通常認(rèn)為，造成不明原因脫軌的主要原因，是列車高速行駛的過程中引發(fā)橫向震動喪失穩(wěn)定，使運行當(dāng)中的列車脫軌的可能性增大。而列車的脫軌事故多發(fā)于車頭之后2/3以及車尾的位置、轉(zhuǎn)彎位置或發(fā)生在拐彎處；引發(fā)橫向震動喪失穩(wěn)定的動力，除去高速行駛以及機械原因、人為原因等人工自然原因之外，還有不可抗拒的由于南北方向運行引發(fā)的科氏力，以及天氣風(fēng)力和地震等自然原因。但在這些之外，還沒有任何人考查火車相撞中的卡西米爾現(xiàn)象引起的原因。由于火車相撞發(fā)生在瞬間，而且在事后，調(diào)查事故有難度。加之對卡西米爾效應(yīng)引起的橫向力理論大多數(shù)人不了解，從鐵路設(shè)計到列車運行管理早存在缺餡，對火車相撞中的卡西米爾現(xiàn)象也許不以為然。

“三旋/弦/圈理論”-內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型圖卡西米爾效應(yīng)就是在真空中兩片平行的平坦金屬板之間的吸引壓力。這一理論的特別之處是，“卡西米爾力”通常情況下只會導(dǎo)致物體間的“相互吸引”，而并非“相互排斥“。我們不是鐵道專家和列車脫軌研究專家，對兩列火車在北半球，南北方向并列平行距離很近超高速運行，會不會發(fā)生相撞沒有發(fā)言權(quán)。想到火車相撞中的卡西米爾現(xiàn)象，是由于研究“三旋/弦/圈理論”聯(lián)想到的。中國科技城綿陽早在上世紀(jì)六十年代初就開始了類似三旋/弦/圈（SXQ）理論的創(chuàng)新，堅持量子時空除了有類似球量子外，還有環(huán)量子，以及虛數(shù)存在于點內(nèi)空間的研究達(dá)近五十年沒有中斷，而被有人看作類似“綿陽前沿科學(xué)會客廳”。三旋/弦/圈這三個層次，僅是龐加萊猜的層展和呈展，也僅是在計算、應(yīng)用、理解上的一種方便。如此，分別取“三旋”、“弦論”、“圈量子”的中文拼音第一個字母的大寫S、X、Q，簡稱為SXQ理論，它包含了既有環(huán)量子三旋理論，又有超弦/M理論，還有圈量子引力理論等所曾主要表達(dá)的數(shù)學(xué)和物理內(nèi)容。由于有人認(rèn)為三旋/弦/圈（SXQ）理論難以實驗檢驗，我們研究卡西米爾現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，環(huán)量子類似一個方板，球量子類似一個方塊，從三維來說，方板有一維是對稱破缺的。但正是這種破缺，使環(huán)量子和球量子的自旋如果存在輻射，那么在卡西米爾效應(yīng)上是可以實驗檢驗。這種類比模型不僅能擴展引力場方程及量子力學(xué)方程求解的思路，豐富正、負(fù)時空聯(lián)絡(luò)的幾何圖象，而且聯(lián)系卡西米爾效應(yīng)中兩塊板之間零點能的量子漲落差異，還可能揭示宇宙物質(zhì)的起源以及強力、弱力和電磁力等相互作用的秘密。

電子和它的反粒子正電子-內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型圖因為如果把引力聯(lián)結(jié)的兩個星體比作卡西米爾效應(yīng)中的兩塊板，再把引力場彎曲產(chǎn)生的凹陷圖象分別粘貼在兩塊板相對的一面，引力就類似蛀洞的一個洞口與另一個蛀洞的洞口相對這片區(qū)域的卡西米爾效應(yīng)量子漲落產(chǎn)生的拉力強度。原因是，雖然這種拉力強度遠(yuǎn)小于星體物質(zhì)自身的能量密度，但它們已表現(xiàn)出這片區(qū)域內(nèi)的時空彎曲，相對要大于平板外側(cè)的時空彎曲，并是這種彎曲產(chǎn)生的拉力。因為按海森伯不確性原理，所謂真空實際上充滿著許多瞬時冒出又瞬時消逝的基本粒子，這些基本粒子中的一部分將通過時空彎曲的凹面進(jìn)行傳播，結(jié)果這里的時空彎曲變成一種引力的耦合輻射。這里負(fù)能量與反物質(zhì)的區(qū)別是，反物質(zhì)擁有正的能量，例如當(dāng)電子和它的反粒子正電子碰撞時，它們就湮滅，其最終產(chǎn)物是攜帶正能量的伽瑪射線。如果反物質(zhì)是由負(fù)能量構(gòu)成的，那么這樣一種相互作用將會產(chǎn)生其值為零的最終能量。但不管是哪種情況，最終這里的引力場時空彎曲輻射差異產(chǎn)生了拉力強度。由此時空彎曲不僅造成類似纖維叢的底流形與纖維的差別，而且也是產(chǎn)生引力和強力、弱力及電磁力等相互作用區(qū)別的根本因素。因此求解引力，主要還是應(yīng)該從愛因斯坦廣義相對論的引力方程入手。

伽瑪射線-內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型圖折疊編輯本段實驗測量

卡西米爾效應(yīng)卡西米爾效應(yīng)1948年，荷蘭物理學(xué)家亨德里克·卡西米爾(Hendrik Casimir, 1909-2000)提出了一項檢測這種能量存在的方案。從理論上看，真空能量以粒子的形態(tài)出現(xiàn)，并不斷以微小的規(guī)模形成和消失。在正常情況下。真空中充滿著幾乎各種波長的粒子，但卡西米爾認(rèn)為，如果使兩個不帶電的金屬薄盤緊緊靠在一起，較長的波長就會被排除出去。接著，金屬盤外的其他波就會產(chǎn)生一種往往使它們相互聚攏的力，金屬盤越靠近，兩者之間的吸引力就越強，這種現(xiàn)象就是所謂的卡西米爾效應(yīng)。1996 年，物理學(xué)家首次對它進(jìn)行了測定，實際測量結(jié)果與理論計算結(jié)果十分溫和。折疊編輯本段熱效應(yīng)

卡西米爾效應(yīng)卡西米爾效應(yīng)-熱效應(yīng)來自國家技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)局（NIST）與科羅拉多大學(xué)（University of Colorado）聯(lián)合實驗室JILA，由諾貝爾獎獲得者Eric Cornell領(lǐng)導(dǎo)的小組第一次證實了物理學(xué)家Evgeny Lifschitz于1955年預(yù)言的溫度可以影響卡西米爾力（Casimir Force）——這是一種當(dāng)兩個物體之間距離只有五百萬分之一米（大概是一英尺的五千分之一）時才會體現(xiàn)出來的相互吸引力。這項發(fā)現(xiàn)增加了人們對卡西米爾力的理解，并且使得未來的實驗可以更好地處理這種效應(yīng)。雖然卡西米爾效應(yīng)非常微弱，但是對于納米以及毫米尺度的電力系統(tǒng)（NEMS:Nano-Electromechanical System&MEMS:Micro-Electromechanical System）而言是非常重要的，卡西米爾力可以將各部件粘合在一起。它使得實驗桌上的小型實驗（Tabletop Experimental）無法探測到除了牛頓引力和粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的相互作用力之外的其它可能存在的微弱相互作用。在這個小組的實驗中，研究者們考察了所謂的Casimir-Polder力：在中性原子（Neutral Atom）和附近物體表面之間的相互吸引力。他們將超冷銣原子（Ultracold Rubidium Atom）放置在離玻璃表面只有幾微米（Micron）的地方。在將玻璃的溫度升高到原來的兩倍、也就是600開爾文的同時保持環(huán)境溫度在室溫左右，這使得玻璃對于原子的吸引力增加了三倍左右，這個結(jié)果證實了由來自意大利特蘭托（Trento）的理論合作者最近提出的理論預(yù)言。

原子(含電子,質(zhì)子,中子)-內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型圖這些現(xiàn)象到底是怎么回事呢？卡西米爾力是真空效應(yīng)的體現(xiàn)。按照量子力學(xué)理論，真空中每時每刻到處都充滿了稍瞬即逝的電磁波，這些電磁波是由電場和磁場組成的。電場會對原子中的電荷產(chǎn)生擾動，使之重新分布，也就是說會使得原子極化。這種極化的原子會受到來自電場的作用力。由于玻璃的存在，真空中的電場分布會被改變，產(chǎn)生電場最大的區(qū)域，這就會吸引極化的原子。另外，在玻璃內(nèi)部的熱同樣會產(chǎn)生逃離（fleeting）的電磁波，其中有一部分會滲出玻璃的表面而成為“消逝波”（Evanescent Wave）。這些消逝波中的電場分量在玻璃的表面達(dá)到極大，從而增加對極化原子的吸引力。除玻璃之外的周遭環(huán)境中由于熱產(chǎn)生的電磁波通常會抵消玻璃表面由于內(nèi)部熱量導(dǎo)致的吸引力。但是提高玻璃的溫度可以使得玻璃內(nèi)部熱量產(chǎn)生的吸引力居于主導(dǎo)地位，從而增加玻璃和原子之間的吸引力。折疊編輯本段相關(guān)運用根據(jù)量子場論，任何振動物體都會被真空中的虛粒子減速。5月26日的<Physical Review Letters>雜志上，物理學(xué)家們提出一種方案，通過一端振動的反射腔探測這種效應(yīng)，光子在反射腔中反彈，并且被超冷原子放大。這個實驗是從技術(shù)上說可行的、能夠直接觀察到虛粒子對運動物體作用的方法。量子場論認(rèn)為，真空中充滿了虛光子，這種光子以恒定的速度不斷產(chǎn)生和湮滅。虛光子的一種可觀測效應(yīng)是兩個間隔納米距離的物體之間的卡西米爾效應(yīng)。當(dāng)一個物體快速振動時，會產(chǎn)生這種很弱的動力學(xué)卡西米爾效應(yīng)：在一個理想界面上沒有平行電場和垂直磁場，而在它周圍則充滿了虛光子產(chǎn)生的電磁場。當(dāng)這個界面前后運動時，電磁場發(fā)生規(guī)律性變化，也就是產(chǎn)生了光子。界面的振動能釋放出來，振動受到阻力。美國達(dá)特茅斯學(xué)院和意大利帕多瓦大學(xué)的Roberto Onofrio說，這個效應(yīng)產(chǎn)生的光子數(shù)量非常少，所以唯一能夠探測到光子的方法是使用共振腔，把光子聚集到一起放大。Onofrio和同事們通過振動共振腔一端的膜把光子束縛在腔內(nèi)，就像是鼓一樣。研究人員們首先需要找到一種機械設(shè)備來放大光子。他們能夠找到的氮化鋁薄膜能夠使光子頻率最大放大到3吉赫茲。因為振動過程中產(chǎn)生的都是能量相同的光子對，所以每個光子的頻率為1.5吉赫茲，處于微波波段。雖然光子的數(shù)量少、能量低，很難被觀察到，但是研究人員們通過原子的超冷態(tài)（玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)）可以放大光子能量。1.5吉赫茲的能量正好是鈉原子中兩條能級間的能量差。為了放大卡西米爾光子的能量，鈉的玻色-愛因斯坦態(tài)首先被激光激發(fā)到較高能級，然后利用卡西米爾光子轟擊它，玻色-愛因斯坦態(tài)整體退激發(fā)到較低能級，放出大量光子。這個效應(yīng)稱為超輻射，在其它過程中也觀察到過，它可以把卡西米爾光子信號放大十億倍。Old Dominion大學(xué)的Charles Sukenik說：“如果這個實驗成功的話，它將證明量子力學(xué)真空不僅僅只是一個為了理論方便而構(gòu)造的概念?！?div style="height:15px;">