Группа американских и китайских ученых доказала существование сил Казимира — крошечных объемов энергии, возникающих при сближении объектов на квантовом уровне.
Эта энергия, предсказанная 70 лет назад голландским физиком Хендриком Казимиром, возникает благодаря квантовым эффектам.
Предполагалось, что ее можно наблюдать, поместив две пластины с противоположным электрическим зарядом в вакуум. При сближении они начнут отталкивать друг друга. Однако, до сих пор использовать силы Казимира для чего-либо полезного казалось невозможным. Да и само их существование экспериментально доказано не было. Новый кремниевый чип, созданный учеными Принстона и Университета науки и техники Гонконга, позволяет изменить эту ситуацию.
«Это одно из первых экспериментальных подтверждений эффекта Казимира на кремниевом чипе, — говорит Алехандро Родригес, автор теоретических вычислений, на основании которых китайские коллеги создали образец устройства. — И оно также позволяет делать измерения сил в весьма необычных структурах наподобие тех, которые вызывают отталкивание».
Кремниевый чип состоит из двух пластин с зубчатыми сторонами, обращенными друг к другу и расположенными на расстоянии 100 нанометров друг от друга. Если их сблизить, начинают действовать силы Казимира, которые отталкивают пластины. Этот эффект происходит без воздействия энергии в вакууме и является проявлением «нулевых колебаний». По сути речь идет о нарушении основополагающего в физике закона сохранения энергии.
Не так давно считалось, что силы Казимира в принципе не могут существовать, потому что они предполагают наличие своего рода «вечного двигателя», нарушающего законы физики. Однако, как доказали американские и китайские ученые, на квантовом уровне такое «вечное» взаимодействие возможно. После их теоретических и экспериментальных изысканий наличие сил, возникающих из квантовых колебаний атомов в зазоре, окончательно подтверждено.
«Наша работа показывает, что возможно контролировать силу Казимира с помощью сложных, специально для этого предназначенных структур», — говорит старший автор статьи Хо Бунь Чань. Выгнутая, Т-образная форма зубцов позволяет формироваться силам отталкивания, которые рассчитали ученые из группы Родригеса. В дальнейшем исследователи планируют изучить свойства других форм, которые могут еще больше увеличить силы Казимира.
Вещество, которое ведет себя так, будто обладает отрицательной массой, создали ученые Университета штата Вашингтон. Если приложить к нему силу, то оно начнет двигаться не в направлении действия силы, а в обратном. Этот феномен возможно продемонстрировать только в лабораторных условиях. Еще одно «несоблюдение» законов физики открыли ученые МФТИ и РАН, которые обнаружили условия, при которых второй закон термодинамики может локально нарушаться.
