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试想一下，如果把一对不带电的金属板平行且近距离地放置在真空中，会发生什么？ ○ 在真空中的两块理想的、不带电的金属板。 我们很可能认为，应该什么都不会发生，毕竟真空之中什么都没有。但量子力学却告诉我们，真空并不空，它充满了电磁场的量子涨落——虚光子会不断地出现和消失。 1948年，荷兰理论物理学家卡西米尔（Hendrick Casimir）预言，当这样的两块金属板相距很近时，会相互吸引。这是因为它们之间充满了包含能量的电磁波，当它们相互靠近时，真空中的一些波会逐渐被挤压出去，使得周围空间的能量高于金属板之间的能量，推动它们继续靠近，从而表现得像是存在一种吸引力。这个效应被称为卡西米尔效应。 ○ 卡西米尔力是量子场论中最著名的宏观体现之一，自发现以来，就吸引着许多人的兴趣。详见：《“真空”是真的“空”吗？》 半个世纪后的1996年，在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室，拉摩洛克斯（Steve Lamoreaux）首次对卡西米尔力进行了实验测量。 那么，有没有可能也存在着一种具有排斥效应的卡西米尔力？科学家对此充满了好奇与热情，因为这种力可以具有一些特定的应用，比如它能让纳米物体保持分离。然而，著名的不可行定理（no-go theorem）却告诉我们：“具有反射对称的两个物体之间的卡西米尔力总是吸引的。”也就是说，如果这两块金属板的材料相同，并且互为镜像，那么就不可能产生排斥性的卡西米尔力。 直到最近，斯德哥尔摩大学的蒋庆东和诺贝尔物理学奖得主维尔切克（Frank Wilczek）发现，只要在两块金属板之间插入一个“手性”材料，那么卡西米尔力就可以被逆转而表现出排斥性，并可以调节或增强。 蒋庆东和维尔切克发现，不可行定理假设的是左旋圆偏振光子和右旋圆偏振光子有着同样的行为方式。因此他们认为，只要在两块板之间插入一种手性材料来打破这种对称性，就可以绕过这个定理。这种手性材料会导致这两种光子具有不同的速度，从而每一个光子都会向金属板传递不同量的动量。 ○ 手性卡西米尔效应示意图。图中A和B为两块平行、不带电荷的金属板，C是手性材料，箭头指的是手性光子的传播方向，k代表手性光子的速度，小标R(右)/L(左)代表它们的手性。 他们对两种不同类型的手性材料计算了在不同温度下，两个金属板之间的卡西米尔力的大小。结果发现，卡西米尔力的大小可以通过改变金属板之间的距离或者改变外加磁场的强度而进行调节。对于同样的装置，在这种调节下所能产生的斥力强度，是在真空中所能产生的吸引力的三倍多。 蒋庆东和维尔切克在论文中总结道：“让相似的物体之间产生排斥性的卡西米尔力的关键是在它们之间插入一种手性材料介质。这种手性卡西米尔力具有几个独特的特征：它可以是振荡的，它的强度可以很大（相对于经典的卡西米尔力），并且它可以随着外磁场的变化而变化。” 他们希望，这些结果将为那些对半导体和纳米器件感兴趣的物理学家和工程师提供一种新的方法，让他们能够在量子水平上探索不同材料的行为和性质。 “通过卡西米尔力与可独立测量的物质性质之间的联系，我们获得了大量的预测现象，这些现象直接反映了量子涨落的宏观效应。” |
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