http://www.physorg.com/news192797989.html
By Larry Hardesty, May 11, 2010
(PhysOrg.com) -- MIT 研究者開發出一種強大的新工具來計算開斯米力（Casimir forces）的效應，那是種複雜的量子力量（quantum forces），不僅影響彼此非常、非常靠近的物體，同時也是基礎物理學與微電機系統（MEMS）設計的支派。
研究者利用此新工具的最新發現之一是：一種排列微小物體的方法，那使得通常具吸引力的開斯米力變得相斥。如果工程師能有好的 MEMS 設計，那麼開斯米力事實上能防止它們的活動部件黏在一起 -- 而非導致它們黏在一起 -- 那實質上能減少現有 MEMS 的故障率（failure rate，失效率）。那也能幫忙使新的、可負擔的 MEMS 裝置成為可能，例如：微小的醫療或科學感應器，或能夠平行完成數百種化學或生物學實驗的微流體裝置。
量子力學留給現代物理學一幅十分詭異的宇宙圖像。其特徵之一是某些新次原子粒子的骨架，在幾乎測不得的短暫時間跨距中，不斷突然出現又消失。（希格斯玻色子，Higgs boson，一種理論上預測而得的粒子，在瑞士的 LHC 正首度要嘗試偵測它，並預計它只會出現幾 sextillionths (10^-21) 秒）這些轉瞬即逝的粒子（transient particles）在空間中（甚至在真空中）的數量如此之多，且朝許多不同的方向移動，以致於它們平時所施加的力能相互抵消。在絕大多數的用途上，這些粒子能被忽略。不過當兩物體非常靠近時，之間讓粒子突然現身的空間將變得很小。結果，在兩物體間，能抵消掉圍繞這些物體周圍之「轉瞬即逝粒子」所施力量的「轉瞬即逝粒子」會變得比較少，而壓力上的差異最後將導致兩物體被「送作堆」。
在 1960 年代，物理學家開發一套數學公式，原則上，那描述開斯米力在任意數量、任意形狀之微小物體上的效應。不過在絕大多數的例子中，此公式卻幾乎不可能解出來。"人們認為，如果你有公式的話，那麼你就能夠評估它。那根本不是真的，" Steven Johnson 說，應用數學系副教授，他幫助開發這些新工具。"有個由愛因斯坦所寫下、描述重力的公式。他們仍不知道此方程式的所有結果為何。" 數十年來，開斯米力公式的處境也一樣。物理學家僅能在少數幾個例子中解決它，例如二塊平行的薄板。接著，在 2006 年，有了突破：MIT 物理教授 Mehran Kardar 證明了一種解開薄板與圓柱體方程式的方法。
一篇本週出現在 PNAS 上的論中，Johnson、物理學博士生 Alexander McCauley 以及 Alejandro Rodriguez（論文第一作者），還有 John Joannopoulos，Francis Wright Davis 物理學教授，描述具任意形狀之數量任意物體，其開斯米力等式的解法。
研究者的靈感是，100 奈米物體之開斯米力的效應，能精確地利用大上十萬倍、相距十萬倍且沈浸在導電液體中的物體來塑模。並非計算那些圍繞在微小物體四周、微小的「轉瞬即逝粒子」所施加的力，相反的，研究者計算圍繞在大上許多倍之較大物體四周各點的電磁場強度。在他們的論文中，他們證明，這些計算在數學上是相等的。
對於形狀奇特的物體來說，計算其在導電液體中的電磁場強度仍相當複雜。不過那在現有的工程軟體幫助下卻非常可行。
"在分析上，" Diego Dalvit，LANL 的開斯米力專家，"幾乎不可能辦到確切的開斯米力計算，除非你有某些非常特別的幾何形狀。" 然而，有了 MIT 研究者的技術，"原則上，你能夠對付任何幾何學形狀。而且那很有用。非常有用。"
因為開斯米力能導致 MEMS 的活動部件黏在一起，Dalvit 表示，"所以開斯米物理學的聖杯之一是你能夠找到能獲得斥力而非吸引力的幾何學形狀。"而這正是讓 MIT 研究者能辦到這件事的新技術。在另一篇於三月發表的論文中，哈佛大學學會（Society of Fellows）的物理學家 Michael Levin 連同 MIT 研究者描述了第一種能使開斯米力在真空中引起排斥作用的材料排列。
然而，Dalvit 指出，利用此新技術的物理學家，在設計具有用特性之微小物體的系統時，仍需倚賴直覺。"一但你有了某種幾何學形狀會引發互斥的直覺時，那麼這（技術）能告訴你這裡是否有排斥作用，" Dalvit 說。就此工具本身而論，它無法確認能導致排斥力的幾何學形狀。
※ 相關報導：
＊ Theoretical ingredients of a Casimir analog computer
http://www.pnas.org/content/107/21/9531.abstract
Alejandro W. Rodriguez, Alexander P. McCauley,＊ 來自於虛無的開斯米力
John D. Joannopoulos, and Steven G. Johnson
PNAS, May 25, 2010 vol. 107 no. 21 9531-9536
doi: 10.1073/pnas.1003894107
＊ 物理學家試圖減少開斯米力
＊ 研究發現為何固體中的原子偏好某些結構
＊ 研究發現『上帝粒子』也許有好幾個
＊ 我們的宇宙身在更大的宇宙之中？
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