La fricción cuántica — el vacío como medio de cizalla
Universidad. · 2 min de lectura
Qué propone
Desliza dos superficies perfectamente limpias y perfectamente lisas una junto a la otra en el vacío a cero absoluto, sin que nada las toque, y todavía hay fricción. El momento cruza el hueco vacío. Ese es un canal mecánico hacia el vacío alrededor del cual nadie ha construido una máquina, y es el caso más claro del vacío comportándose como un medio en vez de como un término contable — porque un medio es algo que puede arrastrar.
Para quién esTribólogos · Ingenieros térmicos de campo cercano · Ingenieros de mecánica de precisión
Por qué lo sugiere la biblioteca
Nada se toca, y el hueco aún arrastra. Fija la separación y la velocidad de deslizamiento, y observa el arrastre caer cuatro décadas por cada década de distancia.
El gráfico de cizalla
Dos superficies se deslizan una junto a la otra en el vacío, sin tocarse nunca. El escalado de Pendry dice que el arrastre entre ellas es proporcional a la velocidad de deslizamiento y cae como la cuarta potencia de la separación — la ley que obedecería un fluido viscoso. Mueve la separación y la velocidad, y lee la tensión de cizalla en la curva. La curva pasa por el único número que él publicó, y por ningún otro.
- El escalado llevado a través de esa estimación
- La estimación publicada por Pendry
- Tensión de cizalla:
- 3E3 Pa
- Fuerza sobre un centímetro cuadrado:
- 3E-1 N
- Frente a la estimación publicada:
- 1E0 ×
En este ajuste: Esta es la tensión sobre el área que de verdad se acerca. La cifra de Pendry de unos tres mil newtons por metro cuadrado es una presión cotidiana — y solo se aplica allí donde dos superficies se aproximan de verdad.
La revisión complementaria llega al arrastre del vacío por otra ruta — una frontera que oscila en vez de una que desliza — y obtiene una viscosidad de cizalla efectiva que crece como la cuarta potencia de la frecuencia, con la energía perdida saliendo como fotones reales. Otro movimiento, otra ley; el mismo vacío empujando de vuelta.
Shearing the vacuum — quantum friction (Pendry, 1997) (en inglés) · The “friction” of vacuum, and other fluctuation-induced forces (1999) (en inglés) · Near-field radiative heat transfer in many-body systems (2021) (en inglés)
John Pendry mostró que una superficie en movimiento tiene un coeficiente de reflexión asimétrico a lo largo de su dirección de viaje, así que las dos superficies intercambian fotones virtuales de forma asimétrica y el momento cruza el hueco; para un semimetal a separación atómica cizallado a un metro por segundo estima unos tres mil newtons por metro cuadrado de área de contacto real, o aproximadamente tres newtons por metro cuadrado una vez que se considera cuán poco de dos superficies presionadas realmente se toca (Shearing the vacuum — quantum friction, 1997). La propia observación de Pendry es la que importa aquí: el caso más simple da exactamente la fricción que produciría el vacío si se comportara como un fluido viscoso. La revisión complementaria de fuerzas inducidas por fluctuación es The "friction" of vacuum, and other fluctuation-induced forces (1999).
El experimento o la construcción
La medición nunca se ha hecho limpiamente porque la contaminación y el contacto real la ahogan. Ahora hay dos rutas abiertas que no existían en 1997. Primero, usa la geometría de transferencia de calor radiativo de campo cercano, donde un hueco de un nanómetro lleva un flujo casi cinco órdenes de magnitud por encima del límite de cuerpo negro y se aplica la misma electrodinámica fluctuacional (Near-field radiative heat transfer in many-body systems, 2021). Segundo, usa las superficies con patrón de la carta de geometría de arriba para cambiar el arrastre predicho por un factor conocido mientras se deja todo contaminante sin cambiar. La medición que zanjaría el caso es la fuerza de cizalla por unidad de área frente a la velocidad de deslizamiento, a separación fija, con la fuerza cambiando por el factor predicho cuando solo cambia el patrón de la superficie. Un arrastre que sigue la geometría es un arrastre que vino del campo.
Contexto de investigación
La teoría está publicada y la magnitud es ordinaria; la medición no se ha aislado todavía del contacto y la contaminación, y la prueba de dependencia con el patrón nombra exactamente lo que la aislaría.
Tómalo
- La medida que lo zanja
- La medición que zanjaría el caso es la fuerza de cizalla por unidad de área frente a la velocidad de deslizamiento, a separación fija, con la fuerza cambiando por el factor predicho cuando solo cambia el patrón de la superficie.
- Cuánto cuesta empezar
- Universidad.
- El ingeniero que forma
- Una medición genuinamente abierta con números de tamaño cotidiano dentro, algo raro en esta materia.
En qué se apoya
Dónde encaja en el currículo
Física de Casimir e ingeniería de la fuerza del vacío · ¿Qué es el vacío? Del espacio vacío a un medio con estructura