Casimir能量是学理论物理的人都很熟悉的概念,这种能量是Casimir在1948年提出来的,10以后实验中被探测到。最典型的例子是两个无限大的平行导电板,在两个导电板中,光子的零点涨落不同于无限大真空中的涨落,与真空对比,零点能是负的,单位体积能量与平行板的距离的四次方成反比(量纲分析也是这个结果)。
Casimir能量也存在于任何有限的空腔中,不同于平行导体的情况,此时Casimir能量是有限的,通常与空腔大小成反比,当然能量密度也与空腔尺度的四次方成反比。
一直以来,人们认为宇宙中的真空能也是如此,特别是de Sitter空间中的真空能,与de Sitter视界大小成反比,这个真空能远远小于暗能量,因为暗能量的密度在全息暗能量模型中与视界尺度平方成反对,从而总能量与视界尺度成正比。当然,如果视界尺度是唯一的尺度,我们不可能得到这个结果,好在在引力理论中,还存在Planck尺度,所以一直以来人们以为通过量子引力的效应,可以得到观测到的暗能量。
将暗能量看成是Casimir能量也许过为naive,但我们(在下,苗荣欣,庞毅)在最近的一个计算中的确得到了这个结果。那么,Planck尺度是如何出现的呢?原因是在我们扣除寻常的零点能之后,还存在一个发散项,这个发散项可以正规化,如果我们引入到视界的一个微观距离,这样我们就得到了想得到的结果!有趣的是,离开真正的视界一段距离,正是membrane paradigm中的假设。
我们的新文章(这篇文章明天arXiv才放出来,大家再回来看):
Casimir Energy, Holographic Dark Energy and Electromagnetic Metamaterial Mimicking de Sitter
这个研究工作的开头并没有要去算Casimir能量,而是去构造一个模拟宇宙学(具体地就是de Sitter空间)的超颖材料。这个在理论上很容易做,实验上当然不简单。在超颖材料中,我们找到的Casimir能量应该与一个微观距离成反比。在这个微观距离上,超颖材料不再是连续的。
不少人对全息暗能量的质疑是事件视界依赖于宇宙的未来历史,觉得这是违反了因果律。如果是零点能,我觉得表面上违反因果律是可能的。而且,在我们的计算中,光速在视界上变成零非常重要,只有事件视界有这个特点。
如果有人有办法构造出模拟de Sitter空间的超颖材料,就可能测出我们预言的不寻常的Casimir能量,这也是间接地验证暗能量可能是Casimir能量了。
由于全息暗能量能够很好地拟合数据,由于Casimir能量的计算支持全息暗能量,现在我有些相信这个模型了,因之也有些相信一点目的论了。
关于超颖材料,科学网上有周济写的系列介绍:
“超材料(metamaterials)”:超越天然材料的自然极限(1)
上面只给一个链接,大家过去了可以点其他。
已经过世的青水洋(杨汝清)老师也写过一篇介绍:
关于Casimir能量,wiki很全面了:
转发到新浪微博相关阅读:
Does the vacuum of free space contain zero-point energy manifested as a cosmological constat of other kind of dark energy?
这个问题在争论中。
谢谢李老师的回答!
关于实验,是被不同的组验证过很多次,但其实所有的实验也都是可以用surface mode的耦合解释。个人倾向于同意李老师的说法,感觉可能是一个东西的不同解释。
尝试着读了一下李老师的文章,发现原来就不够的物理数学基础已经被时间掏空了,只好作罢,惭愧啊惭愧 &_&…
我想问题是Casimir能量作为一种惯性能量如果确实存在,为什么它不产生引力(或者说产生的引力那么小)?我们定义引力能量是通过惯性系的定义,还是反过来,我们的惯性系的概念是通过等效原理定义的?我越来越糊涂了。
einblick:
你怎么定义惯性能量的?怎么证明真空能是惯性能量?
我想惯性能量是运动学的,哈密顿量的本征值,所以Casimir能量应该是惯性的能量吧,我应该没有搞错吧?
einblick:
真空能是Lorentz不变的,因为真空本身是Lorentz不变的,与粒子的能量不同,满足不同的色散关系。我想Casimir能量,虽然是有限尺度效应,也大概是Lorentz不变的。
Casimir能量是能动张量在真空态下的期望值。
是能动张量的00分量。