จะเกิด อะไรขึ้นถ้าคุณเอากระจกสองบานมาวางเรียงกันให้หันเข้าหากันในพื้นที่ว่าง? ปฏิกิริยาแรกของคุณอาจเป็น “ไม่มีอะไรเลย” ในความเป็นจริง กระจกทั้งสองถูกดึงดูดเข้าหากันโดยการมีอยู่ของสุญญากาศ ปรากฏการณ์ที่น่าตกใจนี้ได้รับการทำนายครั้งแรกในปี 1948 นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวดัตช์ ในขณะที่เขาทำงานเกี่ยวกับ ทุกสิ่ง สารละลายคอลลอยด์ (ดูกรอบ ) ปรากฏการณ์นี้ถูกขนานนามว่า
ในขณะที่
แรงระหว่างกระจกเรียกว่าเป็นเวลาหลายปีที่ผล เป็นมากกว่าความอยากรู้อยากเห็นทางทฤษฎีเล็กน้อย แต่ความสนใจในปรากฏการณ์ดังกล่าวได้เบ่งบานในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์เชิงทดลองได้ตระหนักว่าแรง ส่งผลต่อการทำงานของอุปกรณ์ไมโครแมชชีน ในขณะที่ความก้าวหน้าในด้านเครื่องมือ
ทำให้สามารถวัดแรงได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ความกระตือรือร้นใหม่นี้ได้รับการกระตุ้นโดยฟิสิกส์พื้นฐาน นักทฤษฎีหลายคนได้ทำนายการมีอยู่ของมิติพิเศษ “ขนาดใหญ่” ในทฤษฎีสนามเอกภาพ 10 และ 11 มิติของแรงพื้นฐาน พวกเขากล่าวว่ามิติเหล่านี้สามารถปรับเปลี่ยนแรงโน้มถ่วงแบบนิวตันแบบคลาสสิก
ที่ระยะทางต่ำกว่ามิลลิเมตร การวัดผลเมียร์สามารถช่วยนักฟิสิกส์ในการทดสอบความถูกต้องของความคิดที่รุนแรงดังกล่าวได้ คาซิเมียร์และคอลลอยด์ ความจริงที่ว่ามีแรงดึงดูดอยู่ระหว่างแผ่นโลหะสองแผ่นที่เป็นตัวนำไฟฟ้า ได้รับการทำนายครั้งแรกในปี 1948 ในเนเธอร์แลนด์ อย่างไรก็ตาม ในขณะนั้น
กำลังศึกษาคุณสมบัติของ “สารละลายคอลลอยด์” วัสดุเหล่านี้เป็นวัสดุที่มีความหนืด เช่น สีและมายองเนส ซึ่งมีอนุภาคขนาดไมครอนอยู่ในเมทริกซ์ของเหลว คุณสมบัติของสารละลายดังกล่าวถูกกำหนดโดยแรงแวนเดอร์วาลส์ ซึ่งเป็นแรงดึงดูดที่มีพิสัยไกลซึ่งอยู่ระหว่างอะตอมและโมเลกุลที่เป็นกลาง
ค้นพบว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่เป็นกลางสองตัวสามารถอธิบายได้อย่างถูกต้องก็ต่อเมื่อคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่าการเดินทางของแสงด้วยความเร็วจำกัดถูกนำมาพิจารณาด้วย หลังจากนั้นไม่นาน สังเกตเห็นว่าผลลัพธ์นี้สามารถตีความได้ในแง่ของความผันผวนของสุญญากาศ จากนั้นเขาถามตัวเองว่า
จะเกิดอะไรขึ้น
ถ้ามีกระจกสองบาน แทนที่จะเป็นสองโมเลกุล หันเข้าหากันในสุญญากาศ งานนี้นำไปสู่การทำนายที่มีชื่อเสียงของเขาเกี่ยวกับแรงดึงดูดระหว่างแผ่นสะท้อนแสง ทำความเข้าใจเกี่ยวกับแรงเมียร์ แม้ว่ากองกำลังเมียร์จะดูขัดกับสัญชาตญาณโดยสิ้นเชิง แต่ก็เป็นที่เข้าใจกันดี ในสมัยก่อนของกลศาสตร์คลาสสิก
แนวคิดเรื่องสุญญากาศนั้นเรียบง่าย สุญญากาศจะยังคงอยู่หากคุณเทอนุภาคทั้งหมดออกจากคอนเทนเนอร์และลดอุณหภูมิลงจนเหลือศูนย์สัมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม การมาถึงของกลศาสตร์ควอนตัมได้เปลี่ยนความคิดของเราเกี่ยวกับสุญญากาศไปอย่างสิ้นเชิง สนามทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง
สนามแม่เหล็กไฟฟ้า มีความผันผวน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ณ ช่วงเวลาหนึ่ง ๆ ค่าที่แท้จริงของมันจะแปรผันตามค่าคงที่หรือค่าเฉลี่ย แม้แต่สุญญากาศที่สมบูรณ์แบบที่ศูนย์สัมบูรณ์ก็ยังมีสนามที่ผันผวนที่เรียกว่า “ความผันผวนของสุญญากาศ” ซึ่งเป็นพลังงานเฉลี่ยที่สอดคล้องกับพลังงานครึ่งหนึ่งของโฟตอน
อย่างไรก็ตาม ความผันผวนของสุญญากาศไม่ใช่สิ่งที่เป็นนามธรรมของความคิดของนักฟิสิกส์ พวกมันมีผลลัพธ์ที่สังเกตได้ซึ่งสามารถมองเห็นได้โดยตรงในการทดลองในระดับจุลภาค ตัวอย่างเช่น อะตอมที่อยู่ในสถานะถูกกระตุ้นจะไม่คงอยู่อย่างนั้นเป็นเวลานานอย่างไม่มีสิ้นสุด แต่จะกลับสู่สถานะพื้น
โดยการปล่อยโฟตอนออกมาโดยธรรมชาติ ปรากฏการณ์นี้เป็นผลมาจากความผันผวนของสุญญากาศ ลองนึกภาพว่าพยายามจับดินสอตรงปลายนิ้วของคุณ มันจะอยู่ที่นั่นถ้ามือของคุณมั่นคงอย่างสมบูรณ์และไม่มีอะไรมารบกวนสมดุล แต่การรบกวนน้อยที่สุดจะทำให้ดินสอตกลงสู่ตำแหน่งสมดุลที่มั่นคงยิ่งขึ้น
ในทำนองเดียวกัน ความผันผวนของสุญญากาศทำให้อะตอมที่ถูกกระตุ้นตกลงสู่สถานะพื้น แรงเมียร์เป็นผลเชิงกลที่มีชื่อเสียงที่สุดของความผันผวนของสุญญากาศ พิจารณาช่องว่างระหว่างกระจกระนาบสองบานเป็นโพรง ( รูปที่ 1 ) สนามแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดมีลักษณะเป็น “สเปกตรัม” ที่มีความถี่ต่างกัน
มากมาย
ในสุญญากาศอิสระ ความถี่ทั้งหมดมีความสำคัญเท่ากัน แต่ภายในโพรงซึ่งมีสนามสะท้อนไปมาระหว่างกระจก สถานการณ์จะแตกต่างออกไป สนามจะถูกขยายถ้าจำนวนเต็มทวีคูณของครึ่งความยาวคลื่นสามารถพอดีกับภายในโพรงพอดี ความยาวคลื่นนี้สอดคล้องกับ “เสียงสะท้อนของโพรง”
ในทางกลับกัน ที่ความยาวคลื่นอื่น สนามจะถูกระงับ ความผันผวนของสุญญากาศถูกระงับหรือปรับปรุงขึ้นอยู่กับว่าความถี่ของพวกมันสอดคล้องกับการสั่นพ้องของโพรงหรือไม่ปริมาณทางกายภาพที่สำคัญเมื่อพูดถึงแรงเมียร์คือ “แรงดันสนามรังสี” ทุกสนาม – แม้แต่สนามสุญญากาศ มีพลังงาน
เนื่องจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดสามารถแพร่กระจายในอวกาศได้ พวกมันจึงออกแรงกดบนพื้นผิว เช่นเดียวกับที่แม่น้ำไหลดันประตูระบายน้ำ ความดันการแผ่รังสีนี้เพิ่มขึ้นตามพลังงานและความถี่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ที่ความถี่เรโซแนนซ์ในโพรง แรงดันรังสีภายในโพรงจะแรงกว่าภายนอก
ดังนั้นกระจกจึงถูกผลักออกจากกัน ในทางตรงกันข้าม ความดันการแผ่รังสีภายในโพรงมีขนาดเล็กกว่าภายนอก และกระจกจะดึงเข้าหากัน ปรากฎว่าโดยสมดุลแล้ว ส่วนประกอบที่น่าดึงดูดจะมีผลกระทบรุนแรงกว่าส่วนประกอบที่น่ารังเกียจเล็กน้อย สำหรับสองระนาบกระจกขนานที่สมบูรณ์แบบ
แรงเมียร์จึงน่าดึงดูดและกระจกถูกดึงเข้าหากัน แรงFเป็นสัดส่วนกับพื้นที่หน้าตัดAของกระจก และเพิ่ม 16 เท่าทุกครั้งที่ระยะห่าง d ระหว่างกระจกลดลงครึ่งหนึ่ง: F ~ A / d 4 นอกเหนือจากปริมาณทางเรขาคณิตเหล่านี้แล้ว แรงยังขึ้นอยู่กับค่าพื้นฐานเท่านั้น ซึ่งก็คือค่าคงที่ของพลังค์และความเร็วของแสง
