Обнаружена ошибка в расчетах эффекта Казимира для микромеханических устройств

Американские физики доказали, что в расчеты эффекта Казимира для некоторых микромеханических устройств вкралась ошибка, которая принципиально меняет ответ. При правильном подходе вычисление дает не отталкивание, а притяжение. Таким образом, проблема преодоления «универсальной склеивающей силы» при конструировании механизмов микронных размеров по-прежнему остается.
Микромеханика и нанотехнологии станут реальностью в самом ближайшем будущем. Отдельные механические узлы микронного размера уже конструируются и изучаются в лабораториях. Однако прежде, чем сложные микромеханические устройства действительно заработают, необходимо будет преодолеть одно фундаментальное препятствие — универсальную силу трения покоя, вызванную эффектом Казимира.
Эффект Казимира, открытый теоретически почти 60 лет назад и многократно подтвержденный экспериментально, состоит в притяжении незаряженных предметов в вакууме. Происхождение этой силы притяжения — всё те же электромагнитные взаимодействия, только в завуалированном виде. Обычно этот эффект объясняют так называемыми «нулевыми флуктуациями» электромагнитного поля в вакууме, однако по своей сути он является всего лишь проявлением обычных сил ван-дер-Ваальса (разновидности межмолекулярного взаимодействия).
Сила Казимира обладает двумя важнейшими свойствами: она тем больше, чем ближе расположены объекты, и она никак не устранима. Поэтому для микроскопических механических устройств сила Казимира будет играть роль «универсального клея», который будет стремиться слепить все части машины вместе и не даст им двигаться.
В принципе, существует лазейка, позволяющая обуздать силу Казимира: надо найти такую геометрическую форму, для которой притяжение сменилось бы на отталкивание. Вычисления нескольких групп, проведенные еще в 1980-е годы, показывали, что в микропоршне прямоугольного сечения преобладает отталкивающая сила Казимира. Поэтому, комбинируя притяжение и отталкивание, можно устранить склеивающий эффект казимировых сил.
Физики из Массачусетского технологического института и Центра теоретической физики в Кембридже (штат Массачусетс, США), авторы опубликованной на днях статьи M. P. Hertzberg et al., Physical Review Letters 95, 250402, 15 December 2005 (статья доступна также как quant-ph/0509071), доказывают, что эти результаты были ошибочны. Ошибка заключалась не в вычислениях, а в самой постановке задачи.
Вообще говоря, практически все расчеты эффекта Казимира до недавнего времени содержали скрытое предположение: вычисления проводились в приближении бесконечно сильного электромагнитного взаимодействия. В большинстве случаев это приближение очень слабо влияло на ответ, и именно поэтому оно долгое время оставалось незамеченным. Однако в этой ситуации всё оказалось иначе. Авторы работы выяснили, что в случае микроскопического поршня правильный подход к задаче полностью меняет результат: вместо отталкивания снова получается притяжение, причем не только для прямоугольной, но и для произвольной формы поршня.
Таким образом, трудность в создании микромеханических устройств остается. Теоретики же получили урок: необходимо всегда следить за скрытыми предположениями в вычислениях
31-12-2005г.

Архив новостей

Архив сообщений о новых публикациях