Casimir təsiri

Casimir effekti kvant mexanikası nəzəriyyəsindən yaranan maraqlı və özünəməxsus bir hadisədir. İlk dəfə 1948-ci ildə holland fizik Hendrik Casimir tərəfindən təklif edilib və onun adını daşıyır. Bu təsir kvant vakuumunun ən diqqətəlayiq təzahürlərindən biridir və onun kəşfi kainatın altında yatan kvant təbiətinə nəzər salmağa imkan verdi. Bu yazıda biz Casimir effektinin nəzəriyyəsini və kəşfini və onun müxtəlif təsirlərini araşdıracağıq.

Nəzəriyyə

Casimir effekti elektromaqnit sahəsinin kvant dalğalanmalarından yaranır. Kvant mexanikası nəzəriyyəsinə görə, kosmosun vakuumu boş deyil, daima daxil olan və mövcud olan virtual hissəciklərlə doludur. Bu virtual hissəciklər bir-biri ilə və maddəni təşkil edən hissəciklərlə qarşılıqlı əlaqədə olurlar. Bu qarşılıqlı təsir müxtəlif kvant effektlərinə səbəb olur, bunlardan biri də Casimir effektidir.

Casimir effektini başa düşmək üçün iki paralel metal lövhənin mövcudluğunda elektromaqnit sahəsinin davranışını nəzərə almalıyıq. Bu lövhələr bir-birinə yaxın yerləşdirildikdə, onların arasındakı virtual hissəciklərin hərəkəti məhdudlaşdırılır və bu, lövhələr arasındakı boşluqda mövcud ola biləcək virtual hissəciklərin sayının azalmasına səbəb olur. Plitələrdən kənarda belə məhdudiyyətlər yoxdur və virtual hissəciklərin sayı daha çoxdur. Nəticədə, iki bölgə arasında virtual hissəciklərin sayında fərq var ki, bu da plitələri bir-birinə itələyən qüvvə yaradır.

Bu qüvvə Casimir qüvvəsi kimi tanınır və onun böyüklüyü plitələr arasındakı məsafə, plitələrin həndəsəsi və temperatur kimi müxtəlif amillərdən asılıdır. Güc ümumiyyətlə cəlbedicidir, bu o deməkdir ki, plitələri bir-birinə yaxınlaşdırır, baxmayaraq ki, bəzi hallarda itələyici ola bilər.

Casimir effekti sırf kvant effektidir və klassik fizika tərəfindən proqnozlaşdırılmır. Bu, kosmosun vakuumunun boş olmamasından, bir-biri ilə və maddə ilə qarşılıqlı əlaqədə olan virtual hissəciklərlə dolu olmasından irəli gəlir. Təsir eksperimental olaraq yoxlanılıb və kvant mexanikası və kainatın təbiəti haqqında anlayışımız üçün mühüm təsirlərə malikdir.

Kəşf

Casimir effekti ilk dəfə 1948-ci ildə holland fiziki Hendrik Casimir tərəfindən təklif edilmişdir. O, həmin vaxt Hollandiyada Philips Araşdırma Laboratoriyalarında işləyirdi və metal plitələrin iştirakı ilə elektromaqnit sahəsinin davranışını araşdırırdı. Casimir anladı ki, boşqablar boşluqda mövcud olan virtual hissəciklərin davranışına təsir edəcək və plitələri bir-birinə itələyən qüvvəyə səbəb olacaq. O, bu qüvvənin miqyasını hesabladı və çox kiçik olacağı gözlənilsə də, ölçülə bilən olduğunu gördü.

Casimirin Casimir effekti ilə bağlı proqnozu əvvəlcə skeptisizmlə qarşılandı, çünki təsir klassik fizika tərəfindən proqnozlaşdırılmadı və sırf kvant effekti kimi göründü. Lakin sonrakı onilliklərdə bu təsir tədricən real və ölçülə bilən bir hadisə kimi qəbul edildi.

Casimir effektinin ilk eksperimental yoxlanışı 1997-ci ildə Vaşinqton Universitetindən Stiv K. Lamoreaux tərəfindən bildirilmişdir. Lamoreaux, bir mikrometrdən az məsafədə iki paralel plitə arasındakı qüvvəni ölçmək üçün burulma balansından istifadə etdi. Təcrübə Kazimir qüvvəsinin mövcudluğunu təsdiqlədi və onun kvant mexanikasının proqnozlarına uyğun olduğunu göstərdi.

O vaxtdan bəri müxtəlif həndəsələrdə və müxtəlif şəraitdə Casimir effektini öyrənmək üçün çoxsaylı təcrübələr aparılmışdır. Bu təcrübələr Casimir effektinin mövcudluğunu təsdiqlədi və onun xassələri və davranışı haqqında fikirlər verdi.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

nanotexnologiya və mühəndislikdə onun potensial tətbiqləri. Casimir effekti həndəsə və məsafədən asılı olaraq metal səthlər arasında cəlbedici və ya itələyici qüvvələrə səbəb ola bilər. Bu xüsusiyyət kiçik miqyaslı sistemlərin davranışını idarə etmək və yeni nanoölçülü cihazları yaratmaq üçün istifadə edilə bilər. Məsələn, tədqiqatçılar xarici enerji mənbələrinə ehtiyac olmadan işləyə bilən nanoölçülü mühərriklər və aktuatorlar yaratmaq üçün Casimir effektindən istifadə etməyi təklif ediblər.

Casimir effekti qaranlıq enerjinin təbiətini dərk etməyimizə də təsir edir. Qaranlıq enerji kainatın genişlənməsinin sürətlənməsindən məsul olduğu düşünülən hipotetik enerji formasıdır. Bəzi tədqiqatçılar Casimir effektinin qaranlıq enerjinin təzahürü ola biləcəyini təklif etdilər, baxmayaraq ki, bu fikir hələ də çox spekulyativdir.

Casimir effekti də kosmologiya və ilkin kainat kontekstində tədqiq edilmişdir. Böyük Partlayışdan sonrakı saniyənin ilk fraksiyalarında kainat həddindən artıq isti və sıx idi və kvant vakuumunda olan virtual hissəciklər kainatın təkamülünə əhəmiyyətli təsir göstərəcəkdi. Bəzi tədqiqatçılar Kasimir effektinin kainatın quruluşunun formalaşmasında rol oynaya biləcəyini irəli sürdülər.

Casimir effektinin hesablanması kvant mexanikası və kvant sahə nəzəriyyəsi prinsiplərinə əsaslanan bir sıra mürəkkəb düsturlar və riyazi texnikaları əhatə edir. Bu yazıda biz Casimir effektinin hesablanmasında istifadə olunan bəzi əsas düsturların icmalını təqdim edəcəyik.

Casimir effektinin hesablanmasında istifadə olunan əsas düsturlardan biri yüklü hissəciklərin mövcudluğunda elektromaqnit sahəsinin davranışını təsvir edən elektromaqnit sahəsinin tənliyidir. Elektromaqnit sahəsinin tənliyi elektrik və maqnit sahələrini hissəciklərin yükü və cərəyan sıxlığı ilə əlaqələndirən qismən diferensial tənlikdir. Casimir effekti kontekstində bu tənlik kvant vakuumunda virtual hissəciklərin davranışını təsvir etmək üçün istifadə olunur.

Casimir effektinin hesablanmasında istifadə edilən digər mühüm düstur elektromaqnit sahəsinin mövcudluğunda spinli hissəciklərin davranışını təsvir edən Dirak tənliyidir. Dirak tənliyi elektron və proton kimi hissəciklərin davranışını təsvir edən relativistik dalğa tənliyidir və kvant vakuumunda virtual hissəciklərin davranışını təsvir etmək üçün istifadə olunur.

Casimir effekti həm də sistemin lokallaşdırılmış pozulmaya reaksiyasını təsvir edən riyazi funksiya olan Yaşıl funksiyasının istifadəsini nəzərdə tutur. Casimir effekti kontekstində, Yaşıl funksiyası elektromaqnit sahəsinin lövhələrin mövcudluğuna reaksiyasını təsvir etmək üçün istifadə olunur və plitələr arasında kvant vakuumunun enerji sıxlığını hesablamaq üçün istifadə olunur.

Casimir effektinin hesablanması həmçinin kvant vakuumunun enerji sıxlığının hesablanması zamanı yaranan sonsuz məbləğlərlə məşğul olmaq üçün istifadə olunan riyazi metod olan zeta funksiyasının nizamlanması texnikasının istifadəsini nəzərdə tutur. Zeta funksiyasının nizamlanması texnikası enerji sıxlığı düsturuna nizamlama parametrinin daxil edilməsini nəzərdə tutur ki, bu da sonsuz məbləği kvant mexanikasının prinsiplərinə uyğun şəkildə qiymətləndirməyə imkan verir.

Bu düsturlara əlavə olaraq, Casimir effektinin hesablanması həm də kvant sahəsi nəzəriyyəsindən bir sıra qabaqcıl riyazi texnikanın, o cümlədən Feynman diaqramlarının, yenidən normallaşdırma prosedurunun və yolun inteqral formalizminin istifadəsini nəzərdə tutur. Bu üsullar plitələr arasında kvant vakuumunun enerji sıxlığını hesablamaq və yaranan Casimir qüvvəsinin böyüklüyünü və istiqamətini təyin etmək üçün istifadə olunur.

Yekun olaraq, Casimir effektinin hesablanması kvant mexanikasından və kvant sahə nəzəriyyəsindən bir sıra mürəkkəb düsturlar və riyazi texnikaları əhatə edir. Bu düsturlar kvant vakuumunda virtual hissəciklərin davranışını təsvir etmək və plitələr arasında enerji sıxlığını və nəticədə yaranan Casimir qüvvəsini hesablamaq üçün istifadə olunur. Casimir effekti nanotexnologiya, kosmologiya, cazibə və məkan-zamanın tədqiqi də daxil olmaqla geniş sahələrə təsir edən mühüm hadisədir.