Гравитация Казимира

   В 2028 году исполнится 80 лет, как голландский физик Хендрик Казимир предсказал явление притяжения двух тел в результате вакуумных флуктуаций, иначе, явление микрогравитации. Коллега Казимира – Тео Овербек – занимался коллоидными растворами и обратил внимание на то, что поведение микрочастичек не вполне согласуются с теорией. Овербек попросил Казимира – помочь разобраться. Казимир пришел к выводу о влиянии вакуумных флуктуаций на межмолекулярные взаимодействия. Вот тогда у учёного и возник вопрос: какое воздействие могут оказывать флуктуации вакуума на две параллельные зеркальные поверхности? Однако проверку подобной гипотезы удалось осуществить только в конце 50-х годов прошлого века. Эффект Казимира был подтверждён: две зеркальные не заряженные пластинки, на микронном расстоянии, в глубоком вакууме, испытывают «притяжение».      

   Притяжение традиционно объясняется так: если поместить две незаряженные параллельные зеркальные металлические пластины очень близко друг к другу, то между ними смогут существовать только определенные волны, кратные расстоянию щели. Снаружи пластин спектр волн ничем не ограничен, а внутри – ограничен. Из-за этого внешнее давление вакуума оказывается больше, чем внутреннее, и пластины притягиваются, точнее, придавливаются этим бОльшим давлением друг к другу. Кстати, этот эффект уже несколько столетий известен морякам. Если штормит, то кораблям нельзя сближаться бортами, их притянет друг к другу. Якобы, в промежутке между кораблями волны при интерференции гасятся, уменьшая энергию давления воды. А снаружи – волнение сильнее, значит, и энергия давления воды больше.

   На самом деле, с кораблями и волнами – несколько иначе. Когда корабли расположены рядом и параллельно бортами, волнение воды в промежуток между кораблями просто не попадает, а гасится внешними бортами. Вода здесь оказывается относительно спокойной. Тогда как за внешними бортами кораблей идёт постоянный напор волн. Волна на воде – это поперечное вращение воды, переносящее энергию и импульс. Чем больше водоём – тем больше могут быть волны, с большой энергией и импульсом, что и наблюдается в морях и океанах. Так что за внешними бортами двух кораблей идёт этот постоянный напор волн, оказывая большое давление на суда, что и сближает их.   

   Если с волнами на воде – всё понятно, то какие волны играют решающую роль в эффекте Казимира? Почему-то упор делается только на электромагнитные колебания всего спектра, который везде и постоянно присутствует в физ. вакууме. Почему не учитываются другие поля в среде физ. вакуума, не электромагнитной природы?! Ведь они явно по своему влиянию имеют значение больше в эффекте Казимира!   

   А причина в том, что электромагнитные поля больше изучены и хорошо знакомы, с ними легче иметь дело и легче объяснять непонятное! Логика такая: когда мы помещаем в вакуум материальные тела (например, две зеркальные пластины), мы накладываем на электромагнитное поле определённые условия на их поверхности. Эти условия «отсекают» большинство возможных электромагнитных колебаний, оставляя только те, для которых выполняется условие стоячей волны между пластинами. Для других типов полей (гравитационного и слабого взаимодействия) граничные условия на макроскопических телах не возникают, поэтому их флуктуации не влияют на результат. Снаружи пластин (где нет ограничений) существует полный спектр виртуальных фотонов. Внутри же, между пластинами, из-за условия стоячей волны, подавляются все моды, кроме тех, длина волны которых укладывается между  пластинами целое число раз (это и есть резонансные длины). В результате плотность виртуальных фотонов (и, соответственно, давление) между пластинами оказывается меньше, чем снаружи. Эта разница и порождает силу притяжения.

   И резюмируется: эффект Казимира не связан с наличием реальных частиц в вакууме. Речь идёт именно о виртуальных частицах, которые по своей природе не могут быть зарегистрированы классически, но проявляют себя через возмущение классического поля при наличии внешних границ. Таким образом, фокус внимания на электромагнитных колебаниях – это прямое следствие того, что именно электромагнитное взаимодействие является фундаментальным и хорошо изученным в физике. Другие типы полей в рамках Стандартной модели не участвуют в этом взаимодействии на макроскопических масштабах, поэтому их флуктуации не вносят вклада в эффект Казимира.

   Но возникает законный вопрос: если мы возьмём не две металлические  пластины, а пластины из диэлектрика, например, прочного полимера, – то будет ли наблюдаться эффект Казимира? Ведь между пластинами из полимера никаких стоячих электромагнитных волн быть не может! Оказалось, что и тут уже поработали. Эффект Казимира получился дополненным эффектом Казимира-Лифшица (1955 г.). Эффект будет, но более слабый, и с участием электростатики и поляризацией молекул полимера. Более того, оказалось, что вакуумное слипание любых материалов при наноразмерах стало бичом и проклятьем современных технологов и инженеров. Эффект Казимира во многом – помеха, как статическое электричество, и ищутся способы борьбы с вакуумным слипанием. Обнаружился эффект Казимира, где есть не только притяжение тел, но и отталкивание, а также – кручение. Т. е. есть явное участие дипольных магнитных полей частиц, тел и фотонов.         

   Мне думается, что понять глубже природу эффекта Казимира можно только преодолев прежний взгляд, который во взаимодействии объектов включает лишь электромагнитные поля и отчасти – электростатику и магнетизм. Надо прямо и твёрдо признать, что сама среда физ. вакуума есть главный, основной участник всех этих взаимодействий с притяжением, отталкиванием и кручением! Потому что сама среда физ. вакуума наделена по природе колоссальной энергией давления и огромной плотностью! Мне вспоминается басня Ивана Крылова «Любопытный» (1814 г.). Посетитель Кунсткамеры три часа разглядывал мелких насекомых и других экспонатов, но не заметил стоявшего в зале слона. На вопрос приятеля: «А видел ли слона? Каков собой на взгляд!» – он ответил: «Да разве там он?» – «Там» – «Ну, братец, виноват! Слона-то я и не приметил!». Так и мы! Наблюдая пристально эффект Казимира, все его сложности и неоднозначности, мы не видим Слона, т. е. самой среды физ. вакуума с её колоссальной энергией давления и плотностью! Эта огромная энергия давления и большая плотность среды присутствуют всюду и всегда, во всех явлениях физики и эффектах, в макромире и в микромире! Энергия давления среды физ. вакуума – это энергия взаимодействия в колебательной динамике элементов среды физ. вакуума! А массивные тела и заряды лишь изменяют вокруг себя эту энергию давления и плотность среды! Потому что и частицы массивных тел и заряды – это тоже динамика элементов среды физ. вакуума, но различных форм и видов. Колоссальная энергия давления среды физ. вакуума – главное условие существования физического мира с его частицами и полями, которые сами являются частью динамики элементов среды физ. вакуума!       

   Каждый протон – источник постоянного волнового поля неэлектромагнитной природы! Частица протон как раз и представляет собой подлинную вакуумную, квантовую флуктуацию элементов среды физ. вакуума, среды, имеющей квазикристаллическую структуру, систему связанных осцилляторов (поле Хиггса)! Протон, если определить эту динамику образным языком, есть колебательная динамика «дыхания вакуума». Когда протоны собраны в массу, то суммируются и поля протонов. Но картина усугубляется тем, что протоны, как ядерные частицы атомов, кроме собственных вакуумных колебаний (флуктуаций), имеют дополнительное движение, спин-орбитальное, и тоже с порождением своего поля, поля кручения, которое называют по-разному – дипольное магнитное поле или торсионное поле. Так что вокруг двух параллельных пластинок в опыте Казимира хватает иных полей, помимо электромагнитных! В каждой пластинке – миллиарды атомов железа с их ядерными нуклонами, а также электронов с позитронами! И все они – источники своих полей! Я считаю, что  толкование эффекта Казимира с помощью граничных условий мод только электромагнитных колебаний в вакууме (целочисленность волн в промежутке) – это ошибочная версия, хотя, сюда подведена математическая база. Но это – подгоночное уравнение, как и многие уравнения и формулы в современной физике.

   Исходя их этого можно смело утверждать, что гравитация – это тоже «эффект Казимира», только в ином масштабе, в большом масштабе! Например, Земля и Луна, это как две пластины. Что их удерживает рядом на расстоянии 380 тысяч км? Внешняя энергия давления физ. вакуума и центробежное инерционное вращение Луны вокруг Земли! Гравитационные поля Земли и Луны – это сумма всех видов полей массивного тела, полей волновых и вращательных. Гравитационные поля Земли и Луны по прямой, соединяющей их, интерферируют при наложении, увеличивая общую динамику элементов среды физ. вакуума, а значит – уменьшая в области наложения полей энергию давления и плотность среды физ. вакуума. Тогда как внешняя энергия давления и плотность среды физ. вакуума, за планетами, остаются большими. Вот эта разность давлений и плотностей среды физ. вакуума, а также центробежное инерционное движение Луны по орбите, и удерживают планеты рядом. Если бы нашлась огромная сила, которая резко затормозила бы  вращение Луны, то Луна неизбежно по спирали приблизилась к Земле и столкнулась с ней (пластины схлопнулись). Точно также взаимодействуют все планеты Солнечной системы с Солнцем! Затормози их центробежное  движение вокруг Солнца и – «пластины схлопнутся»! Ибо энергия давления вакуумной среды – колоссальна! И чем дальше от Солнечной системы – тем эта энергия давления больше! В войдах, в «пустотах» Вселенной, эта энергия давления и плотность среды физ. вакуума достигают максимальных величин!   

    По принятой учёными версии, слипание пластин в эффекте Казимира происходит из-за разности плотности виртуальных фотонов. Между пластинами плотность виртуальных фотонов – малая, за пластинами – плотность виртуальных фотонов – большая. Вот эта большая плотность виртуальных фотонов и давит на пластины снаружи. Но на самом деле – всё с точностью до наоборот! И электромагнитные поля здесь не играют существенной роли! Основную роль здесь играют именно поля протонов обеих пластин, колебательные и вращательные! И плотность этих полей протонов оказывается больше всего именно в промежутке между пластинами. Поля протонов интерферируют, складываются, увеличивая динамику элементов среды физ. вакуума, а значит – уменьшая энергию давления и плотность среды физ. вакуума, как в гравитационном взаимодействии двух массивных тел планет! Здесь вспоминается очень простой опыт с двумя параллельными листами обычной бумаги на небольшом расстоянии. Если подуть воздухом в этот промежуток, то логично предположить, что листы разойдутся друг от друга, т. к. поток воздуха будет давить и раздвигать листы. Но на самом деле – всё наоборот! Листы будут сближаться до слипания, потому что поток воздуха уменьшает плотность и давление атмосферы между листами. Тогда как за листами давление и плотность воздуха больше, и это большое давление сдавливает листы, «слипает» их! 

   Вакуумного «слипания» планет нет по названным причинам. Тогда как вакуумное слипание в современных нанотехнологиях, как сказал, стало бичом, и с ним надо что-то делать. Со статическим зарядом борются заземлением и увлажнением воздуха. С вакуумным слипанием борются изменением геометрии поверхностей, напылением на поверхности иных материалов, помещением объектов в жидкие или аморфные среды, соединением металлов с диэлектриками.

   К слову сказать, очевидность и эффективность взаимодействий магнитных полей тел и зарядов не нуждается даже в глубоком вакууме, как в эффекте Казимира! Магнитные взаимодействия тел и зарядов происходят в плотной газовой среде атмосферы, и даже в воде! Причина – природа магнитных полей. Магнитные поля рождаются кольцевым, замкнутым вращением частиц (спиновым), и  потому поля эти дипольные, и имеют вихревую вращательную природу, где есть левое и правое направление вращения. От того – каким образом ориентированы эти вихревые магнитные поля вращения – зависит результат взаимодействия: притяжение или отталкивание тел или частиц. Наглядный пример – взаимодействие полюсов магнитов. Когда направление вращения вихревых магнитных полей полюсов сонаправленно – полюса «притягиваются», точнее, придавливаются большим давлением вакуумной среды снаружи. При интерференции, наложении сонаправленных вихревых магнитных полей происходит увеличение колебательной динамики элементов вакуумной среды, что приводит к падению в месте наложения давления и плотности среды физ. вакуума. Ну а внешний, более плотный вакуум с большим давлением, сдавливает тела магнитов. Когда направление вращения вихревых магнитных полей полюсов не сонаправленно, увеличения динамики элементов вакуумной среды не происходит, напротив, динамика гасится, увеличивая плотность и давление вакуумной среды. Полюса расталкиваются и пытаются встать сонаправленно.      

   Тогда как притягательное взаимодействие полюсов магнита с железом не зависит от направления вращения вихревого магнитного поля полюса. Сильное магнитное поле полюса магнита, при поднесении магнита к железу, в этой ограниченной области металла ориентирует сонаправленно неспаренные спины частиц атомов железа. И тут получается интерференция сонаправленных магнитных полей, уменьшающая давление и плотность вакуумной среды. А более плотный вакуум сзади сдавливает магнит и железо. 

   Вакуумное слипание плоскостей в нанотехнологиях, как нежелательное явление эффекта Казимира, вероятно, можно предотвращать нанесением на плоскости или элементы конструкции слоя ферромагнетика, намагниченного должным образом, на отталкивание. Быть может, это уже и делается…