Прямо беда с наукой. Уже давно свели все наблюдаемое во вселенной к сотне атомов, а сами атомы свели к трем частицам: протон, нейтрон и электрон. Да при ближайшем рассмотрении оказывается, нейтрон и протон – это одно и то же. Пока еще научное сообщество не понимает, что и эти частицы сводятся к кванту, а последний, к магнитному и электрическому полям. С субстратом как-то разобрались, а вот с действиями субстрата разброс велик. Приходится прибегать к поиску чего-то нового, а его нет.
Такая неразбериха возникает при анализе эффекта Казимира. Все полагают, что это квантовое явление и это верно. Но как оно связано с реальными квантами, которые окружают нас и составляют нас, никто не понимает и поэтому прибегают к виртуальным фотонам, которые рождены математическим аппаратом и о них известно только то, что они представляют собой волновую функцию.
Различают два эффекта Казимира: статический и динамический.
В 1948 году голландский физик Хендрик Казимир предсказал, что если расположить в вакууме две зеркальные проводящие плоскости, то они будут притягиваться друг к другу с силой, обратно пропорциональной расстоянию в четвертой степени, между ними. Это сила на единицу площади.
Это и есть статический эффект Казимира.
Откуда же берутся эти силы притяжения? Оказывается, что это не силы притяжения, а силы приталкивания. Предполагается, что в вакууме идет процесс постоянного рождения и исчезновения виртуальных частиц. Мы будем исходить из того, что виртуальные частицы есть, они постоянно случайным образом появляются и исчезают (флуктуируют) и представляют собой электромагнитное излучение широкого спектра.
Считается, что это электромагнитное поле оказывает давление на находящиеся в этом пространстве тела, в частности на пластины, помещенные в вакууме. Логично предположить, что это давление всесторонне. Поместим в точку А пластину, согласно данной модели на нее будет оказано давление виртуальными фотонами силы Fc0. Расположим в точке Б вторую пластину на расстоянии d1 от первой пластины (Рис. 1 а)).
В результате мы получим силу, воздействующую на пластины Fc. Если d1 велико то, по сути, это сила Fc0. Давление на все стороны пластин одинаково и никакого притяжения нет. Но вот мы сдвинули пластины на расстояние d2, равное нескольким микронам и притяжение между ними возникло. Теория говорит, что в щели между пластинами перестали возникать виртуальные частицы, соответствующие некоторым видам излучений. А именно тех излучений длина волны, которых не соответствовала кратности расстояния, так что они не могут образовывать стоячие волны между пластинами и силы Fc стали убывать до сил Fк. Так как в щели перестало возникать соответствующее количество виртуальных частиц, то их давление в щели стало меньше чем Fc. Силы Fc – Fкначали сближать пластины.
Этому явлению даже находят аналоги. Википедия приводит случай с двумя близкорасположенными кораблями.
“Явление, схожее с эффектом Казимира, наблюдалось ещё в XVIII веке французскими моряками. Когда два корабля, раскачивающихся из стороны в сторону в условиях сильного волнения, но слабого ветра, оказывались на расстоянии менее приблизительно 40 метров, то в результате интерференции волн в пространстве между кораблями прекращалось волнение. Спокойное море между кораблями создавало меньшее давление, чем волнующееся с внешних бортов кораблей. В результате возникала сила, стремящаяся столкнуть корабли бортами”.
Здесь даже и сказать нечего. Может быть так, а может быть в этом виноват ветер, у воды нет трения, или может быть волны, как обычно, все сгоняют по своему направлению. То выносят все на берег, то уносят в открытое море. Может быть, как-то организовалось течение между кораблями, и они начали сближаться. В общем это вряд ли похоже на эффект Казимира.
Более близкой к этому эффекту является модель критического эффекта Казимира. В статье “Исследован классический аналог эффекта Казимира” (CNews) говорится:
“Предсказанный в 1978 году Майклом Фишером (Michael Fisher) критический эффект Казимира проявляется в смешанных жидкостях, находящихся вблизи критической точки двухфазного равновесия жидкость-пар. Жидкая смесь, приближающаяся к критической точке, постепенно начинает разделяться на составляющие ее части, размер и форма которых меняются хаотически подобно флуктуациям электромагнитного поля в вакууме”.
Действительно, если между пластинами будут оказываться все более мелкие частицы, с все меньшим пробегом, то давление между пластинами будет меньше, нежели сверху пластин и будет казаться, что пластины притягиваются, а, в самом деле, их сближает внешнее давление. В очень узкую щель крупным частицам тяжелее попадать и большой пробег у них, да и все других частиц, может осуществляться только вдоль, а это не сказывается на давлении, т.е. не добавляется к давлению.
Как видим, математическая модель эффекта Казимира никак не совпадает с вербальным его описанием. Если опираться на словесное описание, то надобности в увеличении силы “притяжения” нет. Внешние силы столкнут эти плоскости и так при уменьшении внутренних сил, как в случае фазового деления. А, что не верно? Не верно, то, что меньше образуется в щели виртуальных частиц и плоскости притягиваются (сжимаются внешними силами) или формула Казимира? Я не знаю, что подвигло Казимира написать данное математическое выражение. Это следствие каких-то математических преобразований или это какая-то математическая экстраполяция, например, как формула кривой излучения абсолютно черного тела у Планка? Так ведь тогда, когда Казимир писал эту формулу, не было никакого опыта и не известно, что можно было экстраполировать. Возможно, поведение растворов?
И еще одно непонятное положение в этом явлении. Почему стоячая волна должна оказывать меньшее давление на поверхность пластины, нежели бегущая волна? Стоячая волна это сумма прямой бегущей волны и отраженной бегущей волны. Чтобы образовалась стоячая волна, прямая волна должна достичь стенки и отразится от нее, а это неминуемо приведет к передаче волной своего импульса стенке, что собственно и образует давление. Может быть, не следует говорить при объяснении данного эффекта о стоячих волнах? А, просто, считать, что при очень узкой щели могут флуктуировать не все частицы.
Как видим связать математическое предсказание Казимира с логикой реальной сущности (если виртуальные фотоны объективно существуют) не так-то просто.
А в действительности эффект Хендрика Казимира существует или нет? И если он есть, то такой ли формулой он описывается? Эти вопросы возникают потому, что есть некоторые экспериментальные данные и новые модели. С современной точки зрения:
“именно вакуумные флуктуации порождают силовые взаимодействия между молекулами. Поэтому они проявляют себя при сближении тел различной формы (не обязательно плоских), изготовленных из металлов или диэлектриков. Первыми это полвека назад выяснили сотрудники теоротдела Института физических проблем Евгений Лифшиц, Игорь Дзялошинский и Лев Питаевский. Они же показали, что при определенных условиях на смену казимировскому притяжению приходит отталкивание. Достоверное экспериментальное подтверждение существования такого притяжения было получено в 1997 году Стивом Ламоро, Умаром Мохидином и Анушри Роем. Казимировские силы отталкивания впервые экспериментально измерила в 2009 году группа под руководством Джереми Мандэя”.
Как видим, в некоторых случаях в место притяжения может быть отталкивание. В чем тут дело мы попытаемся разобраться с квантовых позиций. Пока пластины далеко друг от друга каждая ее сторона находится в динамически равновесном состоянии с внешней средой. Пластины излучают и поглощают определенные фотоны и находятся в одном и том же тепловом режиме и в одном и том же гравитационном соотношении с внешней средой. Динамическое равновесие проверяется просто. Притроньтесь пальцем к пластине. В большинстве случаев она покажется Вам либо теплой, либо холодной, ибо сравнять температуры пальца и пластины довольно сложно. Пока палец соприкасается с пластиной она либо греется, либо остывает. Тепловое равновесие нарушено. Но оно снова восстановится, если убрать палец или восстановится на другом энергетическом уровне, если палец держать на пластине. Если в зоне опыта изменится окружающая масса (принесли что-то или унесли, кто-то пришел, пересел, переставил стул и т.д.), то изменится и гравитационное окружение. Думается, что редко кто будет в этом сомневаться, так как все верят, что все тела притягиваются друг к другу гравитационном поле. Вся проблема только в том, что никто не знает, что такое гравитация, и, конечно, еще не скоро поверят, что это обычное резонансное поглощение фотонов. Очевидное кажется не вероятным.
И так, увеличим наши пластины до атомарного уровня (Рис. 2).
На поверхности пластины мы увидим ядра атомов с движущимися вокруг них электронами. И для нас не важно, в какой интерпретации электроны: Бора или Шредингера. Важно, что они излучают и поглощают энергию – фотоны. В зависимости от материала пластин атомы могут выстраиваться в регулярные структуры в кристаллические решетки или могут иметь не регулярную структуру, например, аморфные тела. Конечно же, плотность напряженности даже в пределах атома имеет различные градиенты по направлениям, а не такой ровный, как на рисунке. Не следует здесь учитывать то, что атом нейтрален. На дальних расстояниях он действительно нейтрален, а когда к нему приближаться, то все больше и больше будет обнаруживаться электрическое отрицательное поле, в районе электронов оно будет максимальным. А при приближении к ядру мы будем наблюдать положительное электрическое поле. Для нас важно, то, что электрон на ветви а получает дополнительное ускорение, из-за того что он переходит из области большей напряженности в область меньшей напряженности, в результате чего ускоряется и излучает. А при движении по ветви б он тормозится и в результате этого поглощает энергию. Качество поглощаемого и излучаемого фотона зависит от связности электрона, то есть от вещества. Электрон может генерировать и поглощать фотоны различной по величине энергии и разной поляризации. В атоме всегда присутствуют электроны с противоположными спинами, поэтому и две поляризации фотонов. В таких же состояниях могут находиться и свободные электроны. Мы не знаем, какие электроны излучают и что именно излучают, в том или ином веществе.
И так, что мы имеем. На большом расстоянии поля пластин слабо взаимодействуют между собой. Излучаются и поглощаются тепловые и гравитационные фотоны. Какие из фотонов являются гравитационными для нас не известно. Мы можем только предположить, что либо эти фотоны малой энергии, либо их просто мало, потому что на больших расстояниях силу притяжения от гравитационного взаимодействия мы обнаружить не можем.
Когда мы пластины сближаем, их электрические поля начинают взаимодействовать сильнее. Поле каждой пластины сжимает поле противоположной пластины. Ядра атомов пластин фиксированы кристаллической решеткой, а электрическое отрицательное поле “вжимается” противоположным полем другой пластины вглубь пластин. Градиент напряженности на ветвях а и б растет, ускорения электрона возрастают, и он начинает генерировать фотоны большей энергии. Возможно, что измененное поле вводит в процесс излучения и поглощения другие электроны, которые до этого были пассивны.
Из этого можно предположить, что увеличение энергии фотонов и увеличение их количества и приводит к увеличению силы притяжения пластин. А так как пластины притягивают друг друга, то можно допустить, что эти силы действуют как двойная гравитация, поэтому она обратно пропорциональна 4-той степени расстояния.
Так как фотоны могут генерироваться различной поляризации, то возможно не только притяжение, но и отталкивание. Все зависит от соотношения резонансных фотонов и соответствующих им электронов. Из-за этого может быть и некоторое нейтральное положение. Пластина из какого-то вещества может притягивать пластину из одного вещества, отталкивать объект из другого вещества и быть нейтральной к объекту из третьего вещества. Так между собой взаимодействуют все атомы и молекулы во вселенной.
Предлагаемые мной модели того или иного явления это по существу перевод явлений с классического атомарно-молекулярного языка на квантовый язык. Дело новое, естественно я не владею языками в совершенстве, и возможно множество ошибок или вообще не точного перевода. За такие переводы меня заставляет браться только неверная интерпретация явлений вне квантовой сферы.
