Le frottement quantique — le vide comme milieu de cisaillement

Pourquoi la bibliothèque le suggère

Rien ne se touche, et l'espacement traîne quand même. Réglez la séparation et la vitesse de glissement, et voyez le frottement chuter de quatre décades par décade de distance.

Le tracé de cisaillement

Deux surfaces glissent l'une contre l'autre dans le vide, sans jamais se toucher. La loi d'échelle de Pendry dit que le frottement entre elles est proportionnel à la vitesse de glissement et décroît comme la quatrième puissance de la séparation — la loi qu'obéirait un fluide visqueux. Déplacez la séparation et la vitesse, et lisez la contrainte de cisaillement sur la courbe. La courbe passe par l'unique nombre qu'il a publié, et par aucun autre.

Sur quelle surface la contrainte se répartit

La surface de contact réelle — la part qui s'approche vraimentToute la surface pressée — ce qu'un instrument pèserait

À ce réglage

Séparation entre les surfaces

0,1

Vitesse de glissement

1

Revenir au réglage de Pendry

• La loi d'échelle passant par cette estimation
• L'estimation publiée par Pendry

Contrainte de cisaillement:

3E3 Pa

Force sur un centimètre carré:

3E-1 N

Face à l'estimation publiée:

1E0 ×

À ce réglage: C'est la contrainte sur la surface qui s'approche réellement. Le chiffre de Pendry, environ trois mille newtons par mètre carré, est une pression du quotidien — et il ne vaut que là où deux surfaces s'approchent vraiment.

La revue compagnon atteint le frottement du vide par une autre voie — une frontière qui oscille plutôt qu'elle ne glisse — et obtient une viscosité de cisaillement effective croissant comme la quatrième puissance de la fréquence, l'énergie perdue partant en photons réels. Autre mouvement, autre loi ; le même vide qui repousse.

Shearing the vacuum — quantum friction (Pendry, 1997) (en anglais) · The “friction” of vacuum, and other fluctuation-induced forces (1999) (en anglais) · Near-field radiative heat transfer in many-body systems (2021) (en anglais)

John Pendry a montré qu'une surface en mouvement possède un coefficient de réflexion asymétrique le long de sa direction de déplacement, si bien que les deux surfaces échangent des photons virtuels de manière dissymétrique et qu'une quantité de mouvement traverse l'espacement ; pour un semi-métal à séparation atomique cisaillé à un mètre par seconde, il estime environ trois mille newtons par mètre carré de surface de contact réelle, soit environ trois newtons par mètre carré une fois tenu compte de la faible proportion de deux surfaces pressées qui se touchent réellement (Shearing the vacuum — quantum friction, 1997). La remarque de Pendry lui-même est celle qui compte ici : le cas le plus simple donne exactement le frottement que le vide produirait s'il se comportait comme un fluide visqueux. La revue compagnon des forces induites par fluctuation est The "friction" of vacuum, and other fluctuation-induced forces (1999).

L'expérience ou la construction

La mesure n'a jamais été faite proprement parce que la contamination et le contact réel la submergent. Deux voies sont désormais ouvertes qui ne l'étaient pas en 1997. D'abord, utiliser la géométrie du transfert thermique radiatif en champ proche, où un espacement nanométrique porte un flux presque cinq ordres de grandeur au-dessus de la limite du corps noir et où s'applique la même électrodynamique fluctuationnelle (Near-field radiative heat transfer in many-body systems, 2021). Ensuite, utiliser les surfaces à motif de la fiche de géométrie ci-dessus pour changer le frottement prédit d'un facteur connu tout en laissant chaque contaminant inchangé. La mesure qui tranche est la force de cisaillement par unité de surface en fonction de la vitesse de glissement, à séparation fixe, la force changeant du facteur prédit quand seul le motif de surface change. Un frottement qui suit la géométrie est un frottement venu du champ.