カシミール効果
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カシミール効果とは、量子力学によって予測される零点エネルギーによって真空中に存在する2つの拡張物体の間に働く引力のことである。
このエネルギーは、ハイゼンベルクの不確定性原理に従って、量子ゆらぎの影響によって継続的に生成される仮想粒子によって決定される真空エネルギーと同一視される。
この現象は、オランダの物理学者のヘンドリック・カシミールにちなんで名づけられた。彼はコロイド溶液における粘性力の起源に関する研究の中で、1948年に量子力学的な考察に基づいてこの現象を理論化した。
理論的基礎[編集]
カシミールは、当初の定式化において、数マイクロメートル離れた2枚の平行な金属板の間に真空空間を作り出し、電磁場を一切加えないという条件下で、その効果を計算した。この理論によると、板間の距離の整数倍の波長を持つ仮想粒子のみが、板間の真空のエネルギーに寄与する。板間に存在できる粒子は限られているため、それらの粒子と装置の壁との相互作用によって生じる力よりも小さくなる。その結果、板同士を押し付ける正味の力が生じ、これを測定することができる。
数式[編集]
単位当たりのカシミール力は、真空が作られた完全導電性の金属板という理想的な場合、次のように導出される。
力の値は負であり、それが引力であることを表す。実際、板同士が近づくにつれ、エネルギー密度は減少する。
例えば、1マイクロメートルの間隔で配置された板の場合、単位表面積あたりの結果として生じる力はとなる。 が存在することは、がいかに小さいかを表しており、この力が量子力学的な起源を持つことを裏付けている。