Смазка против эффекта Казимира

В свежем выпуске Nature появилась статья про измерение эффекта Казимира в таком режиме, когда он приводит не к притяжению, а к отталкиванию. Причем на обложку журнала была вынесена картинка про эту работу в сопровождении слов "квантовая левитация". Наверняка за них ухватятся журналисты, пообещав читателю новые блестящие перспективы нанотехнологий (вот и первая ласточка), а то и чего похуже.

Между тем, на мой взгляд, шумиха вокруг этой работы явно излишняя. Ее результат вовсе никакой не неожиданный, как утверждается в заметке по ссылке, да и вряд ли эта работа приведет к каким-то прорывным достижениям в микромеханике.

Обычный эффект Казимира -- это притяжение между двумя незаряжеными телами. Обычно говорится, что это проявление квантовых флуктуаций электромагнитного поля, которые всегда существуют в вакууме, но на самом деле эффект можно сформулировать и без квантовых флуктуаций (это ван-дер-ваальсовы силы в режиме, когда нельзя пренебрегать эффектами запаздывания взаимодействия).

Так или иначе, силы за счет этого эффекта до сих пор всегда приводили к притяжению, как в теорических расчетах в разной геометрии, так и во всех экспериментах. Есть большое подозрение, что это вообще универсальный результат, хотя строгого доказательства для тел произвольной формы, по-моему, еще не получено (см. впрочем заметки Эффект Казимира не может приводить к расталкиванию симметричных тел и Обнаружена ошибка в расчетах эффекта Казимира для микромеханических устройств).

Вообще, сила Казимира слабая, и проявляется она на расстояниях не более сотен нанометров. Однако она очень беспокоит конструкторов микромашин -- ведь она будет служить этаким "универсальным клеем", склеивающим отдельные части устройств субмикронного размера (см. заметку Микромеханика перед лицом серьезных трудностей).

Однако еще полвека назад Е.М. Лифшиц предсказал, что силу Казимира можно сделать отталкивательной, если два тела разделены не вакуумом, а жидкостью со специально подобранным показателем преломеления. Более конкретно, если два тела сделаны из материалов с диэлектрической проницаемостью ε₁ и ε₂, а разделяющая их жидкость имеет диэлектрическую проницаемости ε₃, то направление силы будет зависеть от знака (ε₁-ε₃)(ε₂-ε₃). Если эта величина положительна -- будет притяжение, если отрицательна (например, при ε₁ > ε₃ > ε₂) -- будет отталкивание.

В новой статье эту силу впервые измерили экспериментально. Да, в пределах погрешностей всё сошлось с теорией. Очень хорошо, эффект проверен. Но решает ли он проблемы микромеханических устройств? Вряд ли. Ведь удерживать от слипания требуется обычно движущиеся детали микромашин, и движутся они в вакууме или газе. А тут предлагается внутрь микромотора залить жидкость, этакую "смазку против эффекта Казимира". Статическое трение убрали, динамическое -- добавили, ведь на субмикронных масштабах сила вязкости будет очень мешать движению механизма!

Можно конечно придумать устройства, где важно устранить именно статическое трение, а не вязкость. Но зачем тогда огород городить? Если у нас и так есть жидкость в распоряжении, всегда можно обойтись и без эффекта Казимира, например, сделать поверхности сильно смачиваемыми, так чтоб между ними всегда был слой жидкости, т.е. обычная смазка. Да и вообще, если зазор между телами невелик, то в действие вступают обычные ван-дер-ваальсовые силы, а отталкивательные ван-дер-ваальсовые силы тоже уже были получены. По сути, новшество этой работы состоит в доказательстве того, что отталкивание сохраняетися и при больших расстояниях, где сказывается эффект запаздывания взакимодействий.

Update: По наводке Юрия Ерина, вот страница публикаций этой группы, а вот -- прямая ссылка на pdf статьи в Nature. Кстати, в статье Physical Review A 75, 060102(R) (2007), которая есть в списке публикаций, приведена чуть более подробная история вопроса, чем в статье в Nature.

А вот и популярная заметка от Юрия Ерина: Впервые измерена сила отталкивания в эффекте Казимира–Лифшица.