В 2017 году в результате совместной работы ученых из Принстона и Гонконга на свет появилось невероятное устройство, на первый взгляд нарушающее фундаментальные законы физики. Микроскопический механизм, состоящий из двух зубчатых кремниевых пластин, расположенных на расстоянии 100 нм друг от друга, оказался способен вырабатывать небольшое количество энергии буквально из пустоты. Казалось бы, подобное явление должно грубо нарушать закон сохранения энергии – один из основополагающих принципов построения Вселенной. Однако, на самом деле, все не так просто.
В основе удивительного изобретения лежит эффект Казимира-Полдера, открытый в 1948 году и неоднократно подтвержденный экспериментально. В самом простом варианте он заключается в следующем: если две тонкие пластины разместить в вакууме на очень малом расстоянии друг от друга, то они начнут испытывать силу взаимного притяжения.
Эта сила не имеет отношения ни к гравитации, ни к электромагнетизму. В ее основе лежит принцип корпускулярно-волнового дуализма, согласно которому элементарные частицы в своем существовании проявляют двойственную природу. В некоторых условиях они подобны волнам, в других же – ведут себя как материальные частицы.
Прямым следствием данного свойства материи является принцип неопределенности Гейзенберга, одна из форм которого связывает между собой энергию и время. Из этого соотношения вытекает существование так называемых «нулевых колебаний вакуума», состоящих из пар «виртуальных частиц». Они постоянно появляются в любой точке Вселенной практически из ниоткуда, однако время их жизни составляет всего лишь порядка 10^-24 с. В течение этого невероятно краткого мгновения частицы исчезают обратно в небытие, восстанавливая мировой баланс.
При этом, если в открытом пространстве генерируются виртуальные частицы с любыми параметрами, то между пластин могут рождаться лишь те, что имеют строго определенные длины волн. Из-за этого более многочисленные внешние виртуальные частицы сильнее давят на пластины, чем внутренние. Можно образно сказать, что пространство между пластин обладает отрицательным давлением – словно из вакуума откачали еще немного вещества.
Полученное механическое напряжение можно трансформировать в электрический ток, что и проделали исследователи из Принстона и Гонконга. И хотя сила его невелика, важен сам принцип, ведь энергия поступает в наш мир практически из пустоты. Конечно, в настоящий момент возможность масштабировать подобный генератор до мощностей, сравнимых с современными электростанциями, кажется фантастической, однако, ее нельзя исключать. К тому же, даже маломощный источник неисчерпаемой энергии имеет огромное практическое значение – например, в качестве автономного питания для микропроцессоров и другой высокоточной техники. Скажем, «Вояджеры», оснащенные подобной гипотетической батареей, могли бы до сих пор передавать на Землю данные своих приборов, что открывает широчайшие перспективы по исследованию дальнего космоса.
Кроме того, применив уравнения квантовой теории поля к расчету эффекта Казимира, можно получить теоретическое обоснование гипотетического сверхсветового гипердвигателя. Подробнее об этом можно узнать в нашем видео про корабли, способные достичь звезд.
______________
Если эта статья была для вас интересной – оцените ее лайком, ведь ваша поддержка очень важна для нас. Оставьте свое мнение в комментариях и подпишитесь, чтобы не пропускать свежие статьи и видеоролики о новинках науки и космоса. И – услышимся!
_______________