Знание-сила, 2009 № 03 (981) - [6]

Прошло еще десять лет. В настоящее время сила Казимира рассматривается как весьма серьезный фактор, ограничивающий прогресс в области нанотехнологий. Предполагается, что на масштабах от 10 до 300 нанометров именно эффект Казимира ответственен за так называемое статическое трение, препятствующее движению отдельных компонентов в микроэлектромеханических устройствах. В некотором смысле сила Казимира выполняет роль универсального клея. Проблема усложняется из-за того, что на этих масштабах проявляют себя и вполне классические эффекты, связанные с поверхностным натяжением и вандерваальсовыми силами.

Механизм возникновения силы Казимира описывается следующим образом. С точки зрения квантовой механики, вакуум «наполнен» непрерывными флуктуациями разных физических полей, среди которых особое место занимает электромагнитное поле — в первую очередь из-за своей относительно большой интенсивности. Наличие двух проводящих пластин вносит изменения в распределение флуктуаций электромагнитного поля в пространстве. В конечном итоге из-за этого между пластинами и возникает сила притяжения.

Можно объяснить эффект Казимира и на языке виртуальных частиц, рождение которых «из вакуума» соответствует флуктуациям электромагнитного поля; в пространстве, ограниченном пластинами, виртуальных частиц рождается меньше, нежели за их пределами. Соответственно и давление частиц на внешнюю поверхность пластин будет превышать их давление на внутреннюю поверхность. Разницу между этими давлениями мы наблюдаем в виде эффекта Казимира.

До недавнего времени эффект Казимира воспринимался как фундаментальный эффект квантовой механики, и существование силы притяжения на нанометровых масштабах казалось неизбежным. «Сила Казимира так же неотвратима, как смерть и налоги», — это высказывание принадлежит физику Роберту Джаффе из Массачусетсского технологического института. Федерико Капассо, профессор прикладной физики из Гарвардского университета, именно эффект Казимира считает основной причиной, по которой микроэлектромеханические устройства не удалось миниатюризировать до той же степени, что и компьютерные чипы.

Неудивительно, что информация об успехах в «борьбе» с эффектом Казимира привлекает внимание научных журналистов. Так, по сообщениям журнала New Scientist, совсем недавно в ряде экспериментов удалось добиться уменьшения силы Казимира; появились даже предположения, что ее удастся превратить из притягивающей в отталкивающую. В качестве весьма существенного рассматривается при этом тот факт, что значение силы Казимира изменяется с изменением формы взаимодействующих тел.

В исследованиях группы физиков под руководством Хо Бун Чена из Университета Флориды была модифицирована методика изучения эффекта Казимира, в соответствии с которой измерялось взаимодействие шарика и пластины с золотыми покрытиями. Экспериментаторы заменили пластину с гладкой поверхностью и золотым покрытием на кремниевую, на которую методом травления нанесли бороздки. В результате сила притяжения пластины и шарика (сила Казимира) действительно уменьшилась, причем коэффициентом уменьшения можно было управлять, изменяя расположение бороздок на поверхности кремниевой пластины.

Некоторые физики убеждены, что силу Казимира можно существенно уменьшить или даже изменить на противоположную, если погрузить взаимодействующие элементы в жидкость. В 2007 году Федерико Капассо и его аспирант Джереми Манди измерили силу Казимира, возникающую между покрытыми золотом шариком и пластинкой, в том случае, когда и шарик, и пластинка помещались в смесь этанола и йодида натрия. Численное значение силы Казимира оказалось в пять раз меньше, чем для той же конфигурации взаимодействующих элементов в условиях вакуума.

Обратим внимание, что оба весьма важных результата получены физиками-экспериментаторами. Судя по всему, на нынешнем этапе развития нанотехнологий эксперимент действительно обгоняет теорию. Теоретикам же пока удалось показать, что во всех рассчитанных до настоящего времени конфигурациях сила Казимира является силой притяжения. Однако доказательств того, что эта ситуация является универсальной и эффект Казимира следует считать законом природы, нет. А следовательно, есть надежда, что эволюция нанотехнологических устройств не остановится…

ГЛАВНАЯ ТЕМА

Война против рака: новое наступление

По статистике, каждый год во всем мире обнаруживают 12,3 миллиона новых раковых заболеваний. Каждый день от рака умирают около 20 тысяч человек.

Всего в мире в 2007 году эта болезнь унесла жизни 7,6 миллиона человек, в том числе 4,7 миллиона человек — в развивающихся странах. Такой-же уровень заболеваемости и смертности от рака ожидается и в 2009 году, и в 2010 году. Однако ученые и врачи делают все возможное, чтобы нарушить печальную статистику.

Неизвестность, помноженная на случайность — вот что такое для многих рак. Пока ученые лишь начинают понимать природу раковых клеток. По их нынешним представлениям, важную роль в развитии болезни играют так называемые раковые стволовые клетки, которые могут превращаться в раковые клетки любого типа.