نیروی کاسیمیر (Casimir Force)، در فیزیک (Physics)
انواع نیروها (Force)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :
نیروی کاسیمیر (Casimir Force) :
نیروی کاسیمیر یک نیروی کوانتومی بسیار ظریف است که بین دو سطح رسانای خنثی و بسیار نزدیک به هم (در فاصله چند نانومتر) در خلأ ایجاد می شود. این نیرو توسط فیزیکدان هلندی هندریک کاسیمیر (Hendrik Casimir) در سال ۱۹۴۸ پیش بینی شد و بعدها به طور تجربی به اثبات رسید. این پدیده یکی از شگفت انگیزترین تأییدهای نظریه میدان های کوانتومی (Quantum Field Theory) است.
بر اساس مکانیک کوانتومی، خلأ مطلق خالی نیست، بلکه مملو از نوسانات کوانتومی (Quantum Fluctuations) و ذرات مجازی (Virtual Particles) است که دائما ظاهر و ناپدید می شوند. در فضای آزاد، تمام مدهای نوسانی الکترومغناطیسی وجود دارند. اما وقتی دو صفحه رسانا در فاصله بسیار کمی از هم قرار می گیرند، آنها شرایط مرزی (Boundary Conditions) را تغییر می دهند. فقط مدهای نوسانی خاصی (با طول موج های معین) می توانند بین دو صفحه وجود داشته باشند. در نتیجه، تعداد مدهای ممکن در بیرون صفحات بیشتر از بین آنهاست. این عدم تقارن باعث می شود که فشار تابشی (Radiation Pressure) ذرات مجازی از بیرون به داخل بیشتر باشد و در نتیجه صفحات به سمت یکدیگر کشیده شوند.
نیروی کاسیمیر (
\[ F_c \]) بین دو صفحه موازی به مساحت
\[ A \]که در فاصله
\[ d \]از هم قرار دارند، از رابطه زیر به دست می آید:
\[ F_c = \frac{\pi^2 \hbar c A}{240 d^4} \]در این فرمول،
\[ \hbar \]ثابت کاهیده پلانک (Reduced Planck Constant) و
\[ c \]سرعت نور است. علامت منفی نشان دهنده جاذبه بودن نیرو است. این نیرو در فاصله های بسیار کوچک (نانومتری) به شدت افزایش می یابد. نیروی کاسیمیر در طراحی سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) و نانوتکنولوژی بسیار مهم است، زیرا در این مقیاس ها می تواند باعث چسبیدن قطعات به یکدیگر (Stiction) شود.
