应用空间中的虚无之力操纵物体

科学家有声学镊子,利用声波的压力来操控微小的物体。类似的,还有借助激光的光镊。但科学家还不满足,现在物理学家已经制造出一种利用……虚无之力的装置。

好的,说得明白点,虚无的空间并非真的空无一物。真空之中存在着一种来自空间本身的压力。一般认为,正是这种空间张力对抗宇宙中物质的万有引力,导致宇宙加速膨胀。在这里,具体点说,科学家利用真空中两个相邻表面之间产生的吸引力——卡西米尔力。

这项新研究不仅提供了将其用于非接触式物体操纵的方法,而且还提供了测量手段。其意义涵盖了多个领域,从化学和引力波天文学一直到最基本的测量科学。

西澳大利亚大学的物理学家迈克尔·托巴尔解释说:“如果您能够测量和操纵卡西米尔效应对物体的作用力,那么我们将有能力提高作用力敏感性并减少机械损耗,并有可能影响到未来科学和技术的走向。”

卡西米尔力最初由荷兰理论物理学家亨德里克·卡西米尔(Hendrik Casimir)于1948年提出,并于1997年得到实验验证。

卡西米尔预测,由于电磁场中的量子涨落,在真空中两个导电板之间将存在微弱吸引力。

托巴尔说:“要理解这一点,我们需要深入量子物理学的奇异之处。实际上,不存在理想的真空——即使在绝对零度的空间中,虚粒子也会从虚空中涌现湮灭。量子涨落与真空中的物体相互作用,且随着温度的升高而愈发显著,进而从虚无之中引出可测量的效应——称为卡西米尔力。”

实验在室温下进行。他们使用一个微型金属外壳,旨在限制被称为微波凹腔的电磁辐射。

与腔体隔开约1微米的间隙是一层镀有金属的氮化硅膜。通过施加静电力,该团队能够精确地控制微波凹腔的位置。反过来,可以用当间隙足够小时产生的卡西米尔力来操纵中间的金属膜。

“由于物体之间的卡西米尔力,来回弯曲的金属膜的弹簧状振动发生了显著改变,并以独特的方式操纵膜和凹腔系统。”托巴尔说。“这使得对力的敏感度和控制能力提高了几个数量级。”

通过膜的变化,该团队可以得到卡西米尔效应高精度的测量值。

其他研究曾涉及用较低的精确度来使用卡西米尔力,如帮助小型硅器件保持距离。

该研究发表在《自然·物理学》上。

原文:https://www.sciencealert.com/the-force-of-nothingness-has-been-used-to-manipulate-objects

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