سليمان
02-15-2007, 05:26 PM
:eh_s (13) :11: :6:
ماذا يحصل عندما تأخذ مرآتين و ترتبهما بحيث تقابل كل منهما الأخرى في حيز من الفراغ
قد يكون الانطباع الأول أن لا شئ طلاقا" و في الحقيقة تنجذب المرآتين كل منهما الى الأخرى بصورة متبادلة بمجرد وجودهما في الخلاء .
لقد تم التنبؤ بهذه الظاهرة المروعة من قبل العالم الهولندي هندريك كازمير1948 عندما كان يعمل في مختبرات فيلبس في آيندهوفن و يطلق على هذة الظاهرة اسم مفعول كازمير و على هذة القوة اسم قوة كازمير.
و لقد أدرك الفيزيائون التجريبيون أن قوة كازمير تؤثر في أعمال نبائط الماكينات المكروية.
فهم قوة كازمير:
بالرغم من أن قوة كازميرتبدو أنها مضادة للحدس كلياً إلا أنها في الحقيقة مفهومة بشكل جيد.كانت فكرة الخلاء في الأيام الغابرة للميكانيك التقليدي بسيطة و سهلة فكان الخلاء هو ما تبقى بعد تفريغك للحاوية من جميع الجسيمات و تخفيضك درجة الحرارة إلى الصفر المطلق , وعلى أية حال مجيء الميكانيك الكمومي غيَر فكرتنا عن الخلاء إلى حد كبير.
فكل الحقول وبخاصة الحقول المغناطيسية لها تأرجحات أي بمعنى آخر أن قيمتها الحقيقية تتغير في كل لحظة حول ثابت هو القيمة الوسطية و حتى أن الخلاء التام عند الصفر المطلق له حقول متأرجحة تعرف بتأرجحات الخلاء و هي الطاقة الوسطية التي توافق نصف طاقة الفوتون.
إن للتأرجحات نتائج منطقية ملحوظة يمكن أن تبدو للعيان مباشرة في تجارب تجرى على مقياس مجهري فمثلا " لا تبقى الذرة في حالة إثارة على حالها إلى الأبد بل تعود إلى الحالة الأساسية بإصدارها فوتوناً " بصورة تلقائية و هذه الظاهرة هي نتيجة لتأرجحات الخلاء .
قوة كازمير هي أكثر التأثيرات الميكانيكية شهرة لتأرجحات الخلاء . خذ بعين الاعتبار الفرجة بين مرآتين مستويتين كتجويف , جميع الحقول الكهرطيسية لها طيف مميز على تواترات مختلفة عديدة يكون في الفراغ الحر لجميع التواترات أهمية متساوية و لكن داخل التجويف حيث ينعكس الحقل ذهاباً و إيابا بين المرآتين فان الوضع يختلف , فالحقل يتضخم إذا ما استطاعت مضاعفات صحيحة من نصف طول الموجة أن تناسب داخل التجويف بشكل كامل .
يوافق طول الموجة هذا تجاوب التجويف و بالمقابل فإن الحقل عند أطوال الأمواج الأخرى تتخامد تأرجات الخلاء أو تتعزز على كون تواترها موافقاً لتجاوب التجويف أم لا.
توجد كمية فيزيائية مهمة في مناقشة قوة كازميرهي ضغط اشعاع الحقل
كل حقل يحمل طاقة و لما كانت جميع الحقول الكهرطيسية تنتشر في الفضاء فانها تمارس أيضاً ضغطاً على السطوح و يزداد ضغط الإشعاع هذا مع طاقة الحقل الكهرطيسي و بالتالي مع تواتره و عند تواتر تجاوب التجويف يكون ضغط الإشعاع داخل التجويف أقوى من خارجه و بالتالي تتدافع المرآتين بعيداً عن بعضها 0
بالمقابل خارج التجاوب يكون ضغط الإشعاع داخل التجويف أصغر من خارجه و بالتالي تقترب المرآتين عن بعضهما البعض 0وينتج عن ذلك أن مكونات التجاوب يكون لها تأثير أقوى بقليل من مكونات التدافع و هكذا تكون قوة كازمير من أجل مرآتين مستويتين تماماً قوة تجاذب و تقترب المرآتين من بعضهماً.
تكون القوة F متناسبة مع المقطع الفعال A للمرآتين و تزداد 16 ضعف في كل مرة تنقص فيها المسافة d بين المرآتبن الى النصف :
F ~ A / d^4
و بالتالي نجد أن هذه القوة تعتمد فقط على قوتين أساستين هما ثابت بلانك و سرعة الضوء0
و بالرغم من كون قوة كازمير صغيرة جداً و تصعب ملاحظتها من اجل مرآتين بعيدتين عن بعضهما عدة أمتار إلا أنه يمكن قياسها إذا كان بعد المرآتين عن بعضهما في حدود المكرونات. فمثلاً تبلغ قوة قوة كازيمير من أجل مرآتين مساحة كل منهما ( 1 cm2 ) مفصولتين عن بعضهما بمسافة قدرها "1" ميكرومتر ( 10-7 N ) أي حوالي وزن قطرة من الماء قطرها حوالي نصف مليمتر و إن قوة كازمير عند المسافة الفاصلة 10 نانومتر هي أكبر حوالي 100 مرة من الحجم النموذجي للذرة0
فيزياء جديدة :
الآن و بعد كل ذلك السرد عن تلك القوة ماذا يمكنا الاستفادة منها :
يمكن أن يلعب مفعول كازمير دوراً في قياسات دقيقة للقوى تقع مجالات قياسها بين النانومتر و المكرومتر 0
لقد جرى اختبار قانون التربيعي العكسي في التثاقل لنيوتن مرات عديدة و عند مسافات جهرية بمراقبة حركة الكواكب و لكن لم يقم أحد بالتحقق من القانون عند السلالم من رتبة المكرون بأي دقة كبيرة0
هناك أهمية لمثل هذه الاختبارات لأن الكثير من النماذج النظرية التي حاولت أن توحد القوى الأساسية الأربعة في الطبيعة قد تنبأت بوجود قوى غير مكتشفة من قبل تعمل عند هذه السلالم .
استعمل جينز غوندلش و زملاؤه نواس الفتل لتعيين التثاقل بين كتلتي اختبار مفصولتين عن بعضهما البعض بمسافة10 ملمتر و حتى 220 ميكرومتر أثبتت قياساتهم أن التثاقل النيوتني يعمل في هذه المنطقة و لكن قوة كازمير تسود عند المسافات الأقصر 0
وبالرغم من الجهود المكثفة التي يبذلها الباحثون في هذا الحقل لا يزال هناك العديد من المسائل عن مفعول كازمير لم تحل بعد و بخاصة السؤال عن قوة كازمير داخل كرة مجوفة مفردة لم يتم التأكد حتى الآن فيما إذا كانت القوة فيها تجاذبية أم تدافعية و لقد فكر هندريك كازمير في هذه المسألة منذ عام1953 عند بحثه نموذج مستقر للالكترون و بعد مرور نصف قرن فان الغموض الذي يلف قوة كازمير لا يزال قابلاً لأن يشغلنا و يجعلنا نفكر لعدة سنوات قادمة.
ماذا يحصل عندما تأخذ مرآتين و ترتبهما بحيث تقابل كل منهما الأخرى في حيز من الفراغ
قد يكون الانطباع الأول أن لا شئ طلاقا" و في الحقيقة تنجذب المرآتين كل منهما الى الأخرى بصورة متبادلة بمجرد وجودهما في الخلاء .
لقد تم التنبؤ بهذه الظاهرة المروعة من قبل العالم الهولندي هندريك كازمير1948 عندما كان يعمل في مختبرات فيلبس في آيندهوفن و يطلق على هذة الظاهرة اسم مفعول كازمير و على هذة القوة اسم قوة كازمير.
و لقد أدرك الفيزيائون التجريبيون أن قوة كازمير تؤثر في أعمال نبائط الماكينات المكروية.
فهم قوة كازمير:
بالرغم من أن قوة كازميرتبدو أنها مضادة للحدس كلياً إلا أنها في الحقيقة مفهومة بشكل جيد.كانت فكرة الخلاء في الأيام الغابرة للميكانيك التقليدي بسيطة و سهلة فكان الخلاء هو ما تبقى بعد تفريغك للحاوية من جميع الجسيمات و تخفيضك درجة الحرارة إلى الصفر المطلق , وعلى أية حال مجيء الميكانيك الكمومي غيَر فكرتنا عن الخلاء إلى حد كبير.
فكل الحقول وبخاصة الحقول المغناطيسية لها تأرجحات أي بمعنى آخر أن قيمتها الحقيقية تتغير في كل لحظة حول ثابت هو القيمة الوسطية و حتى أن الخلاء التام عند الصفر المطلق له حقول متأرجحة تعرف بتأرجحات الخلاء و هي الطاقة الوسطية التي توافق نصف طاقة الفوتون.
إن للتأرجحات نتائج منطقية ملحوظة يمكن أن تبدو للعيان مباشرة في تجارب تجرى على مقياس مجهري فمثلا " لا تبقى الذرة في حالة إثارة على حالها إلى الأبد بل تعود إلى الحالة الأساسية بإصدارها فوتوناً " بصورة تلقائية و هذه الظاهرة هي نتيجة لتأرجحات الخلاء .
قوة كازمير هي أكثر التأثيرات الميكانيكية شهرة لتأرجحات الخلاء . خذ بعين الاعتبار الفرجة بين مرآتين مستويتين كتجويف , جميع الحقول الكهرطيسية لها طيف مميز على تواترات مختلفة عديدة يكون في الفراغ الحر لجميع التواترات أهمية متساوية و لكن داخل التجويف حيث ينعكس الحقل ذهاباً و إيابا بين المرآتين فان الوضع يختلف , فالحقل يتضخم إذا ما استطاعت مضاعفات صحيحة من نصف طول الموجة أن تناسب داخل التجويف بشكل كامل .
يوافق طول الموجة هذا تجاوب التجويف و بالمقابل فإن الحقل عند أطوال الأمواج الأخرى تتخامد تأرجات الخلاء أو تتعزز على كون تواترها موافقاً لتجاوب التجويف أم لا.
توجد كمية فيزيائية مهمة في مناقشة قوة كازميرهي ضغط اشعاع الحقل
كل حقل يحمل طاقة و لما كانت جميع الحقول الكهرطيسية تنتشر في الفضاء فانها تمارس أيضاً ضغطاً على السطوح و يزداد ضغط الإشعاع هذا مع طاقة الحقل الكهرطيسي و بالتالي مع تواتره و عند تواتر تجاوب التجويف يكون ضغط الإشعاع داخل التجويف أقوى من خارجه و بالتالي تتدافع المرآتين بعيداً عن بعضها 0
بالمقابل خارج التجاوب يكون ضغط الإشعاع داخل التجويف أصغر من خارجه و بالتالي تقترب المرآتين عن بعضهما البعض 0وينتج عن ذلك أن مكونات التجاوب يكون لها تأثير أقوى بقليل من مكونات التدافع و هكذا تكون قوة كازمير من أجل مرآتين مستويتين تماماً قوة تجاذب و تقترب المرآتين من بعضهماً.
تكون القوة F متناسبة مع المقطع الفعال A للمرآتين و تزداد 16 ضعف في كل مرة تنقص فيها المسافة d بين المرآتبن الى النصف :
F ~ A / d^4
و بالتالي نجد أن هذه القوة تعتمد فقط على قوتين أساستين هما ثابت بلانك و سرعة الضوء0
و بالرغم من كون قوة كازمير صغيرة جداً و تصعب ملاحظتها من اجل مرآتين بعيدتين عن بعضهما عدة أمتار إلا أنه يمكن قياسها إذا كان بعد المرآتين عن بعضهما في حدود المكرونات. فمثلاً تبلغ قوة قوة كازيمير من أجل مرآتين مساحة كل منهما ( 1 cm2 ) مفصولتين عن بعضهما بمسافة قدرها "1" ميكرومتر ( 10-7 N ) أي حوالي وزن قطرة من الماء قطرها حوالي نصف مليمتر و إن قوة كازمير عند المسافة الفاصلة 10 نانومتر هي أكبر حوالي 100 مرة من الحجم النموذجي للذرة0
فيزياء جديدة :
الآن و بعد كل ذلك السرد عن تلك القوة ماذا يمكنا الاستفادة منها :
يمكن أن يلعب مفعول كازمير دوراً في قياسات دقيقة للقوى تقع مجالات قياسها بين النانومتر و المكرومتر 0
لقد جرى اختبار قانون التربيعي العكسي في التثاقل لنيوتن مرات عديدة و عند مسافات جهرية بمراقبة حركة الكواكب و لكن لم يقم أحد بالتحقق من القانون عند السلالم من رتبة المكرون بأي دقة كبيرة0
هناك أهمية لمثل هذه الاختبارات لأن الكثير من النماذج النظرية التي حاولت أن توحد القوى الأساسية الأربعة في الطبيعة قد تنبأت بوجود قوى غير مكتشفة من قبل تعمل عند هذه السلالم .
استعمل جينز غوندلش و زملاؤه نواس الفتل لتعيين التثاقل بين كتلتي اختبار مفصولتين عن بعضهما البعض بمسافة10 ملمتر و حتى 220 ميكرومتر أثبتت قياساتهم أن التثاقل النيوتني يعمل في هذه المنطقة و لكن قوة كازمير تسود عند المسافات الأقصر 0
وبالرغم من الجهود المكثفة التي يبذلها الباحثون في هذا الحقل لا يزال هناك العديد من المسائل عن مفعول كازمير لم تحل بعد و بخاصة السؤال عن قوة كازمير داخل كرة مجوفة مفردة لم يتم التأكد حتى الآن فيما إذا كانت القوة فيها تجاذبية أم تدافعية و لقد فكر هندريك كازمير في هذه المسألة منذ عام1953 عند بحثه نموذج مستقر للالكترون و بعد مرور نصف قرن فان الغموض الذي يلف قوة كازمير لا يزال قابلاً لأن يشغلنا و يجعلنا نفكر لعدة سنوات قادمة.