The Spacetime Metric
Seção 1Aproveitar o campo de ponto zero

Fricção quântica — o vácuo como meio de cisalhamento

Universidade. · 2 min de leitura

O que propõe

Deslizar duas superfícies perfeitamente limpas e perfeitamente lisas uma contra a outra no vácuo no zero absoluto, sem nada se tocando, e ainda há fricção. O momento atravessa o vão vazio. Esse é um canal mecânico para o vácuo que ninguém construiu uma máquina em torno, e é o caso mais claro do vácuo se comportando como um meio em vez de um termo de contabilidade — porque um meio é algo capaz de arrastar.

Para quem éTribologistas · Engenheiros de campo próximo térmico · Engenheiros de mecânica de precisão

Por que a biblioteca sugere isto

Nada se toca, e o vão ainda arrasta. Defina a separação e a velocidade de deslizamento e veja o arrasto cair quatro décadas a cada década de distância.

O gráfico de cisalhamento

Duas superfícies deslizam uma pela outra no vácuo, sem nunca se tocarem. O escalonamento de Pendry diz que o arrasto entre elas é proporcional à velocidade de deslizamento e cai com a quarta potência da separação — a lei que um fluido viscoso obedeceria. Mova a separação e a velocidade e leia a tensão de cisalhamento na curva. A curva passa pelo único número que ele publicou, e por nenhum outro.

Sobre qual área a tensão se espalha
Neste ajuste
Tensão de cisalhamento prevista contra a separação, em eixos logarítmicosUma reta que cai abruptamente em eixos logarítmicos: a tensão de cisalhamento entre duas superfícies deslizando uma pela outra no vácuo, contra a separação entre elas. A reta desce quatro décadas a cada década de separação. Um ponto marcado sobre ela é a estimativa publicada por Pendry; uma marca vertical tracejada mostra o vão de um nanômetro em que a transferência de calor de campo próximo é medida hoje. Esta é a tensão sobre a área que realmente se aproxima. O número de Pendry, cerca de três mil newtons por metro quadrado, é uma pressão do dia a dia — e vale apenas onde duas superfícies de fato se aproximam.
  • O escalonamento levado através dessa estimativa
  • A estimativa publicada por Pendry
O ponto marcado é o único número que Pendry publicou: um semimetal a cerca de um décimo de bilionésimo de metro, cisalhado a um metro por segundo. Todo o resto da reta é esse ponto levado pelo escalonamento dele — linear na velocidade, quarta potência inversa da separação.O que não está desenhado: nenhum material. A reta é o limite de função dielétrica constante. Pendry afirma que o comportamento detalhado com velocidade e separação é fixado por como a refletividade se dispersa com a frequência, e que efeitos desse tamanho exigem materiais de resistividade da ordem de um miliohm mantidos em estreita proximidade. Fora desse limite a curva real se curva, e este instrumento não sabe como.O que também não está desenhado: uma medição. Não existe nenhuma limpa. Contaminação e contato real afogaram cada tentativa, que é exatamente por isso que este cartão existe. A marca tracejada em um nanômetro não é um dado — é o vão em que a transferência de calor radiativa de campo próximo já é medida, com a mesma eletrodinâmica flutuacional por trás, e portanto a geometria que a primeira tentativa honesta tem mais chance de tomar emprestada.Aqui nada se move sozinho. O desenho muda apenas quando você move um controle ou troca a área.
Tensão de cisalhamento:
3E3 Pa
Força sobre um centímetro quadrado:
3E-1 N
Contra a estimativa publicada:
1E0 ×

Neste ajuste: Esta é a tensão sobre a área que realmente se aproxima. O número de Pendry, cerca de três mil newtons por metro quadrado, é uma pressão do dia a dia — e vale apenas onde duas superfícies de fato se aproximam.

A revisão complementar chega ao arrasto do vácuo por outra rota — uma fronteira que oscila em vez de deslizar — e obtém uma viscosidade de cisalhamento efetiva que cresce com a quarta potência da frequência, com a energia perdida saindo como fótons reais. Outro movimento, outra lei; o mesmo vácuo empurrando de volta.

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

John Pendry mostrou que uma superfície em movimento tem um coeficiente de reflexão desequilibrado na direção do seu deslocamento, de modo que as duas superfícies trocam fótons virtuais assimetricamente e o momento atravessa o vão; para um semimetal em separação atômica cisalhado a um metro por segundo ele estima cerca de três mil newtons por metro quadrado de área de contato verdadeira, ou aproximadamente três newtons por metro quadrado uma vez que se considere quão pouco de duas superfícies pressionadas de fato se toca (Shearing the vacuum — quantum friction, 1997). A observação do próprio Pendry é a que importa aqui: o caso mais simples dá exatamente a fricção que o vácuo produziria se se comportasse como um fluido viscoso. A revisão complementar de forças induzidas por flutuação é The "friction" of vacuum, and other fluctuation-induced forces (1999).

O experimento ou a construção

A medição nunca foi feita de forma limpa porque contaminação e contato real a afogam. Duas rotas estão agora abertas que não estavam em 1997. Primeiro, use a geometria de transferência de calor radiativa de campo próximo, onde um vão de nanômetro carrega um fluxo quase cinco ordens de magnitude acima do limite de corpo negro e a mesma eletrodinâmica flutuacional se aplica (Near-field radiative heat transfer in many-body systems, 2021). Segundo, use as superfícies padronizadas do cartão de geometria acima para mudar o arrasto previsto por um fator conhecido deixando todo contaminante inalterado. A medição decisiva é a força de cisalhamento por unidade de área contra a velocidade de deslizamento, a separação fixa, com a força mudando pelo fator previsto quando só o padrão de superfície muda. Um arrasto que acompanha a geometria é um arrasto que veio do campo.

Contexto da pesquisa

A teoria está publicada e a magnitude é ordinária; a medição ainda não foi isolada de contato e contaminação, e o teste de dependência de padrão nomeia exatamente o que a isolaria.

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A medida que decide
A medição decisiva é a força de cisalhamento por unidade de área contra a velocidade de deslizamento, a separação fixa, com a força mudando pelo fator previsto quando só o padrão de superfície muda.
Quanto custa começar
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O engenheiro que forma
Uma medição genuinamente aberta com números do dia a dia, o que é raro neste assunto.

Em que se apoia

Onde entra no currículo

Física de Casimir e a Engenharia da Força do Vácuo · O que é o vácuo? Do espaço vazio a um meio com estrutura