Tarcie kwantowe — próżnia jako ośrodek ścinający

Dlaczego biblioteka to podpowiada

Nic się nie dotyka, a szczelina i tak stawia opór. Ustaw separację i prędkość poślizgu i zobacz, jak opór spada o cztery dekady na każdą dekadę odległości.

Wykres ścinania

Dwie powierzchnie przesuwają się względem siebie w próżni, nigdy się nie dotykając. Skalowanie Pendry'ego mówi, że opór między nimi jest proporcjonalny do prędkości poślizgu i spada z czwartą potęgą separacji — zgodnie z prawem, któremu poddałby się lepki płyn. Zmieniaj separację i prędkość, a odczytasz naprężenie ścinające z krzywej. Krzywa przechodzi przez jedyną liczbę, którą opublikował, i przez żadną inną.

Na jaką powierzchnię rozkłada się naprężenie

Prawdziwa powierzchnia styku — ta część, która naprawdę się zbliżaCała dociśnięta powierzchnia — to, co zważyłby przyrząd

Przy tym ustawieniu

Separacja między powierzchniami

0,1

Prędkość poślizgu

1

Wróć do ustawienia Pendry'ego

• Skalowanie poprowadzone przez to oszacowanie
• Opublikowane oszacowanie Pendry'ego

Naprężenie ścinające:

3E3 Pa

Siła na jednym centymetrze kwadratowym:

3E-1 N

Wobec opublikowanego oszacowania:

1E0 ×

Przy tym ustawieniu: To naprężenie na powierzchni, która naprawdę się zbliża. Liczba Pendry'ego, jakieś trzy tysiące niutonów na metr kwadratowy, to ciśnienie codziennej wielkości — i obowiązuje tylko tam, gdzie dwie powierzchnie faktycznie się zbliżają.

Towarzyszący przegląd dochodzi do oporu próżni inną drogą — granica drga, zamiast się ślizgać — i otrzymuje efektywną lepkość ścinania rosnącą z czwartą potęgą częstotliwości, a traconą energię unoszą prawdziwe fotony. Inny ruch, inne prawo; ta sama próżnia odpychająca.

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

John Pendry pokazał, że poruszająca się powierzchnia ma niesymetryczny współczynnik odbicia wzdłuż kierunku ruchu, więc dwie powierzchnie wymieniają wirtualne fotony asymetrycznie, a pęd przekracza szczelinę; dla półmetalu przy separacji atomowej, ścinanego z prędkością metra na sekundę, szacuje on jakieś trzy tysiące niutonów na metr kwadratowy prawdziwej powierzchni styku, czyli z grubsza trzy niutony na metr kwadratowy, gdy uwzględni się, jak mało z dwóch dociśniętych powierzchni faktycznie się styka (Shearing the vacuum — quantum friction, 1997). Uwaga samego Pendry'ego jest tu istotna: najprostszy przypadek daje dokładnie takie tarcie, jakie wytworzyłaby próżnia, gdyby zachowywała się jak lepki płyn. Towarzyszący przegląd sił indukowanych fluktuacjami to The "friction" of vacuum, and other fluctuation-induced forces (1999).

Eksperyment albo budowa

Ten pomiar nigdy nie został wykonany czysto, bo zanieczyszczenie i prawdziwy kontakt go zagłuszają. Dziś otwarte są dwie drogi, których nie było w 1997 roku. Pierwsza: użyj geometrii transportu ciepła promienistego w polu bliskim, gdzie nanometrowa szczelina niesie strumień niemal pięć rzędów wielkości powyżej granicy ciała doskonale czarnego, a ta sama elektrodynamika fluktuacyjna ma zastosowanie (Near-field radiative heat transfer in many-body systems, 2021). Druga: użyj wzorowanych powierzchni z karty geometrii powyżej, by zmienić przewidywane opóźnienie o znany czynnik, zostawiając każde zanieczyszczenie bez zmian. Pomiarem rozstrzygającym jest siła ścinająca na jednostkę powierzchni względem prędkości poślizgu, przy ustalonej separacji, przy czym siła zmienia się o przewidziany czynnik, gdy zmienia się wyłącznie wzór powierzchni. Opóźnienie, które śledzi geometrię, jest opóźnieniem, które pochodzi z pola.