喀希米爾效應

喀希米爾效應（卡西米爾效應）是由荷蘭物理學家亨德里克·喀希米爾（亨德里克·卡西米爾）(Hendrik Casimir)於1948年提出。其根據量子場論的「真空不空」觀念——即使沒有物質存在的真空仍有能量漲落，而提出此效應：真空中兩片中性(不帶電)的金屬板會出現吸力；這在古典理論中是不會出現的現象。這種效應只有在兩物體的距離非常之小時才可以被檢測到。例如，在亞微米尺度上，該效應導致的吸引力成為中性導體之間主要作用力。事實上在10納米間隙上(大概是一個原子尺度的100倍)，喀希米爾效應能產生1個大氣壓的壓力。(101.3千帕)。
一對中性原子之間的范德瓦耳斯力是一種類似的效應。
此效應隨後即被偵測到，並以喀希米爾為名紀念他。

真空能量

喀希米爾效應是量子場論的自然結果；量子場論陳述了所有各式各樣的基本場—例如電磁場—必須在空間中每個點且處處被量子化。采單純的觀點來說，物理場可以想作是充滿空間的振動球，之間以彈簧相連線。場的強度可以看作是球偏離其平衡位置的位移。場的振動可以傳播，並由對應於此特殊場的適當波方程所主導。量子場論的二次量子化程式要求球與彈簧的組合是呈現量子化的，也就是說場強度在空間中每一點被量子化。正則式地(Canonically)來說，空間中每點的場是個諧振子，量子化則成了每點有個量子諧振子。場的激發則對應到粒子物理學中的基本粒子。然而，這樣的圖像會顯示出：即使是真空也有極其複雜的結構。所有量子場論的計算都須與這樣的真空模型有所關聯。
真空因此暗地裡具有了一顆粒子所擁有的全部性質：自旋，或光的極化，以及能量等等。若作平均，這些性質會彼此相銷而得到零值——真空的「空」是以這樣的概念維持著。其中一個重要的例外是真空能量或能量的真空期望值。簡諧振子的量子化過程指出存在有一個最低的能量值，稱作零點能量，此值不為零：
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喀希米爾效應

喀希米爾所做的研究是針對二次量子化的電磁場。若其中存在一些大塊的物體，可為金屬或介電材料，做成一如古典電磁場所須遵從的邊界條件，這些相應的邊界條件便影響了真空能量的計算。
舉例來說，考慮金屬腔室中電磁場真空期望值的計算；這樣的金屬腔實例如雷達波腔或微波波導。這樣的例子中，正確找出場的零點能量的方法是將腔中駐波能量加總起來。每一個可能的駐波對應了一種能量值；例如，第n個駐波的能量值是。腔室中電磁場的真空期望值則為：
此和是對所有可能駐波的'加總起來。1/2的因子反映出被加總的是零點能量(此1/2與方程式的1/2相同)。以這樣方式寫出，很明顯地和會發散；然而也是可以將它寫成有限值的表示。
特別來說，可能會有人問為何零點能量會和腔室形狀'相依？原因是：每個能階都和形狀相依，因此應該將能階以及真空期望值寫成形狀'的函式。再此可以得到一項觀察：在腔室壁上每個點'的力等同於壁形狀'出現微擾時的真空能量變動，這樣的形狀微擾可寫為，是位置點'的函式。因此得到：
此值在許多實際場合是有限的。
亨德里克·喀希米爾的理論計算

喀希米爾效應

基本介紹