量子切向力：究竟存不存在？

物理农民 发布于： 2010-01-01 19:09

据说，新年的第一天要学习，咱也学习一把。

翻译了半篇文章，后面懒的翻译啦。

原文见：http://physicsworld.com/cws/article/news/38213

量子切向力：究竟存不存在？

几十年来，物理学家热衷于研究量子切向力(quantum friction)，由于真空量子涨落，真空中相互运动的两物体之间存在切向的相互作用力。

之前，几个相互独立的研究团队的计算结果表明：两个相互运动的平板之间的Casimir力将导致量子切向力。也有一些实验间接的支持量子切向力的存在。

但是，英国物理学家最新的详细计算表明：两平板之间并不存在切向的力，也根本不存在所谓的量子切向力。

1948年，物理学家Hendrik Casimir证明真空中两块电中性（无限大，译者）超导平板相互吸引。根据量子力学，这种相互作用力(Casimir力，译者)产生的根本原因是：电磁场的真空能量不是零，而是在某一期望值周围连续涨落，称为零点能（这种Casimir力的定义有待商榷，译者）。Casimir证明，平板外的（电磁）辐射压强倾向于稍微大于平板之间的辐射压强，因此两平板之间的相互作用力表现为相互吸引的力。

反射导致了切向力？

1956年，Evgeny Lifshitz将Casimir的预言发展到真实介质。在过去的三十年中，研究者试图计算，两块相互作匀速运动的平板之间的Casimir力。由于平板之间的相互运动，两平板之间来回反射的电磁波，或电磁波模（由于平板边界条件，平板之间电磁波频率不是连续的，译者）将发生改变。

物理学家相信，这种变化的反射改变了我们现在熟知的垂直分量的Casimir力，但是，一股研究者计算发现，两平板之间同时也存在切向的力，而这种量子切向力极有可能挑起试图改进极小力学器件设计的工程物理学家的极大兴趣。

例如，伦敦帝国学院的John Pendry就计算了，由于多普勒频移在不同运动方向上平板反射出来的模式的之间的差异，并指出如果表面反射依赖于频率的话，这种差异将导致切向的力。

然而，St Andrews大学的Thomas Philbin在一篇文章(arXiv:0810.3750v2)中指出,试图计算这种修正的Casimir力是极其困难的，而且之前的工作都不能令人满意，因为他们用了近似。Thomas Philbin和他的合作者，St Andrews大学的Ulf Leonhardt，号称利用Lifshitz的理论精确计算了这一结果。结果表明：没有切向的力。

思想实验

为了通俗的说明这一结果的可行性，Philbin用所谓的“双各向异性介质”(bi-anisotropic medium)设计了一个思想实验（思想实验是一种逻辑不是实验，译者）。双各向异性介质可以分别对作用在其上的电场和磁场产生点偶极子和磁偶极子，从而，静止的双各向异性介质等效于某种运动的非双各向异性介质。

……

下面Philbin说，如果存在切向的力，将导出和能量守恒相矛盾的结果。我懒得翻啦，因为不是很清楚这个思想实验的详细，翻译起来很痛苦。我要评论！

评论：

个人虽然倾向于同意Philbin的计算结果，但认为这个思想实验靠不住。对于无限大平板来说，在平行平板方向上系统是平移对称的，所以无论垂直平板方向如何运动都不可能有切向的力存在。对于真实介质，诚如Philbin所说，计算将极其复杂。目前为止，两静止物体之间的垂直的Casimir力尚且极其复杂，更何况两运动物体必须考虑多普勒效应。不过，考虑两运动物体之间的垂直的Casimir力是一个好想法，好题目！

虽然如此，诚如上文译者注所言，Casimir力产生的根本原因有待商榷，Casimir力的物理本质尚不明朗。MIT的R L Jaffe在一篇文章中指出，Casimir力可以用不提到真空的方法计算出来，而且计算结果与Casimir本人的计算结果一样。这样Casimir力不能证明真空的是物理实在。小生窃以为，即使是利用拉氏量的方法计算Casimir力，也不需要假设真空能量的真实性。

那么真空是不是物理实在？不知道！如果真空不是物理实在，上文Casimir力的定义是有问题的。应用多普勒频移的计算思路确实不像John Pendry那样。