Эффект Казимира не может приводить к расталкиванию симметричных тел

Автор: Игорь Иванов
Вычисления силы Казимира до сих пор ограничивались лишь некоторым частными случаями. Это оставляло шанс найти какую-нибудь сложную форму тел, для которой притяжение сменится на отталкивание, что оказалось бы чрезвычайно полезно при конструировании микромеханических устройств. Доказанная недавно теорема наносит удар по этим мечтам.
Как мы писали в заметке Обнаружена ошибка в расчетах эффекта Казимира для микромеханических устройств, микромеханика и нанотехнологии ближайшего будущего столкнутся с проблемой преодоления силы Казимира. Нетривиальность этой задачи состоит в том, что сила Казимира — притяжение незаряженных и немагнитных тел друг к другу из-за квантовых флуктуаций электромагнитного поля — будет играть роль «универсального клея», который стремится слепить все части микромашины, не давая им двигаться.
Некоторое время назад была высказана идея подобрать такую геометрическую конфигурацию движущихся частей, для которой притяжение сменилось бы на отталкивание. Тогда удачная комбинация сил притяжения и отталкивания свела бы на нет влияние эффекта Казимира. Были проведены расчеты, подтверждающие возможность такого эффекта, но недавно вдруг выяснилось, что в вычисления, а точнее, в постановку задачи, вкралась ошибка. После ее исправления оказалось, что сила Казимира во всех вычисленных до сих пор случаях приводит к притяжению тел.
Возникает естественное предположение, что эффект Казимира приводит к притяжению вообще всегда, то есть для тел любой формы и с любыми электрическими свойствами (как для металлов, так и для диэлектриков). Если бы это было так, то эффект Казимира перешел бы из разряда «вычислений в некоторых конкретных случаях» в разряд универсальных законов природы, которых в физике не так уж и много.
Доказательства универсальности силы Казимира пока не найдено, однако в недавней статье O. Kenneth and I. Klich, Physical Review Letters, 97, 160401 (18 October 2006), доступной также как quant-ph/0601011, был сделан огромный шаг вперед. Авторам этой статьи удалось доказать, что если два (немагнитных) тела являются зеркальными копиями друг друга, то сила Казимира между ними всегда приводит к притяжению. При этом не важны ни размеры, ни форма этих тел, ни то, как эти тела реагируют на электрические поля. Более того, как выяснилось, отталкивания не может быть и между телом и его «электромагнитным изображением», которое возникает вблизи металлических или диэлектрических плоскостей (а на эту возможность конструкторы микромашин тоже возлагали надежды).
Итак, «геометрическими» методами силу Казимира, по-видимому, не устранить. Конструкторам микромашин поэтому придется либо вводить какие-то дополнительные устройства (возможно, нанопружинки?), сдерживающие эту силу, либо спуститься до атомарных размеров, где описанные выше вычисления уже неприменимы. Есть и третья возможность — обратить досадную помеху во благо, но как именно это сделать, пока совершенно неясно