В 1948 году голландский физик Хендрик Казимир предсказал странный эффект: две незаряженные проводящие пластины, помещённые в вакуум на микроскопическом расстоянии, начинали притягиваться друг к другу. Причина — квантовые флуктуации электромагнитного поля, которые даже в пустоте не дают энергии упасть до нуля. Снаружи пластин давление этих флуктуаций оказывалось выше, чем в узком зазоре между ними, и пластины сближались. Казалось бы, чисто квантовый феномен, работающий при температурах, близких к абсолютному нулю. Но спустя несколько лет, в 1955-м, Евгений Лившиц — соавтор знаменитого учебника по теоретической физике, написанного вместе с Львом Ландау — показал: при повышении температуры к квантовым флуктуациям добавляются тепловые колебания поля, и эффект Казимира обретает ещё и тепловую составляющую.

Долгое время этот «тепловой эффект Казимира» оставался скорее теоретическим изыском, чем наблюдаемой реальностью. Вокруг самой темы сложился ореол спекуляций: в кругах сторонников так называемой «патологической физики» — области, где допускаются явления, не подтверждённые или прямо опровергаемые традиционной наукой, — обсуждение эффекта часто уводило в сторону от строгих фактов. Но недавно американские физики провели эксперимент, который переводит разговор в практическую плоскость.

Золотая сфера и пластина: как обойти проблему параллельности

Главная техническая трудность в опытах с эффектом Казимира — юстировка. Две параллельные пластины должны быть идеально выровнены на микроуровне, иначе измерения теряют смысл. Исследователи нашли остроумное решение: они заменили одну из плоскостей на сферу, а вторую оставили в виде плоской пластины. Оба объекта изготовили из золота. Сфера и пластина не требуют строгой параллельности, что резко упростило эксперимент.

Силу притяжения измеряли с помощью специально сконструированного маятника. Когда сфера приближалась к пластине, маятник отклонялся, фиксируя взаимное притяжение. При расстоянии между объектами около трёх микрон приборы зарегистрировали тот самый тепловой эффект Казимира — вклад тепловых флуктуаций в общую силу притяжения, наложенный на квантовую «нулевую точку».

Неожиданное поведение на больших расстояниях

Дальше начались сюрпризы. Согласно расчётам, на больших расстояниях тепловой эффект должен быстро сходить на нет. Однако в эксперименте он не просто исчезал — он вёл себя вопреки ожиданиям. Там, где эффект, по идее, уже должен был стать нулевым, притяжение между сферой и пластиной всё равно фиксировалось. И это притяжение идентифицировали именно как тепловой эффект Казимира. Детали этого расхождения пока не раскрыты, но сам факт указывает, что теория, возможно, описывает явление не полностью.

Что дальше: от золота к полупроводникам

Группа физиков не собирается останавливаться на достигнутом. В планах — проверить, как тепловой эффект Казимира проявляется на других материалах. В первую очередь учёных интересуют полупроводники, где квантовые и тепловые флуктуации могут взаимодействовать с электронной подсистемой вещества иначе, чем в металлах. Если эффект удастся воспроизвести и там, это откроет путь к новым способам управления силами на наноуровне.

История, начавшаяся с парадоксального предсказания Казимира и уточнённая Лившицем, продолжает пополняться экспериментальными данными. И хотя вокруг эффекта по-прежнему витают псевдонаучные фантазии, реальная физика оказывается не менее удивительной: пустота, нагретая чуть выше абсолютного нуля, способна сближать предметы — и ведёт себя при этом не совсем так, как предписано уравнениями.