В 2008 году группа физиков из шотландского Университета Сент-Эндрюса заставила говорить о себе даже тех, кто далёк от квантовой механики. Профессор Ульф Леонард и доктор Томас Филбин объявили, что им удалось «развернуть» одну из самых фундаментальных сил микромира — эффект Казимира — и превратить её из притяжения в чистое отталкивание. Для обывателя это звучит как шаг к левитации без крыльев и реактивных двигателей, но сами учёные смотрят на дело куда практичнее: их открытие в первую очередь обещает революцию в микроэлектронике и нанотехнологиях.

Квантовый клей, который мешает сборке

Эффект Казимира — штука контринтуитивная. Представьте две незаряженные металлические пластины, разделённые зазором в несколько микрометров. В классической физике между ними не должно возникать никаких сил. Однако квантовая теория поля рисует иную картину: вакуум вовсе не пуст, он кишит виртуальными частицами, которые на мгновение рождаются и исчезают. В узком промежутке между пластинами набор возможных колебаний ограничен, тогда как снаружи — полный спектр. Разница в давлении этих флуктуаций буквально толкает пластины друг к другу. Именно эту силу, названную в честь голландского физика Хендрика Казимира, предсказавшего её в 1948 году, и удалось «приручить» британским исследователям.

В обычных условиях эффект Казимира — сущее наказание для инженеров. В микромеханических устройствах, например в крошечных акселерометрах, которые подают сигнал на подушки безопасности в автомобилях, он заставляет компоненты слипаться, увеличивает трение и мешает точной сборке. Собрать что-то из деталей, которые норовят притянуться друг к другу, — задача не из лёгких. Леонард и Филбин нашли способ обратить эту напасть в преимущество.

Линзы, меняющие правила игры

Ключом к открытию стали специальные линзы, с помощью которых учёные смогли вызвать так называемую силу Казимира-Полдера — разновидность эффекта, действующую исключительно как отталкивание. Природа этой силы не гравитационная и не электромагнитная; физики полагают, что она порождается крохотными флуктуациями самой ткани пространства-времени. Меняя конфигурацию объектов, можно заставить их не притягиваться, а расходиться — словно между ними возникла невидимая пружина.

Пока речь идёт о дистанциях в микроны, а не о парящих в воздухе поездах или людях. Но даже в таком масштабе выгоды очевидны. Возможность управлять силами Казимира позволит конструкторам точнее позиционировать детали при сборке миниатюрных устройств, выдерживать строго заданные зазоры и радикально снижать трение в подвижных элементах. Это особенно ценно для «умных» медицинских таблеток, которые самостоятельно перемещаются по кровотоку к месту назначения, и для прочей микроэлектроники, где каждый микрометр на счету.

От невидимости до левитации

Исследователи из Сент-Эндрюса не скрывают, что их работа подводит фундамент под вещи, ещё недавно считавшиеся уделом фантастов. Тот же принцип манипуляции электромагнитными волнами, который лёг в основу экспериментов с силой Казимира, открывает путь к созданию «плаща-невидимки» — материала, делающего объект невидимым в определённом диапазоне излучения. Или к автомобилю, который исчезает с экранов радаров, как у Джеймса Бонда.

Что же до классической левитации — свободного парения без крыльев и реактивной тяги — то здесь учёные осторожны. Да, японские сверхскоростные поезда уже «висят» над рельсами на магнитной подушке, а иллюзионисты поднимают ассистентов в воздух с помощью мощных электромагнитов. Но это всё электромагнетизм, а не та неведомая сила, которая заставляет предметы парить без видимых опор. Эффект Казимира-Полдера пока работает лишь на микроуровне, и масштабировать его до размеров человека или автомобиля никто не обещает. Однако сам факт, что отталкивание на квантовом уровне перестало быть теоретической экзотикой и стало воспроизводимым лабораторным феноменом, — уже достаточный повод для осторожного оптимизма.

Андре Моруа как-то заметил: «Пропаганда насилия равносильна самому насилию». Перефразируя классика, можно сказать, что демонстрация управляемого квантового отталкивания — это уже половина пути к практической левитации. Пусть даже вторая половина растянется на десятилетия.