[論文レビュー] A macroscopic approach to the origin of exotic matter

C. T. Ridgely|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2000

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、カシミール効果を用いて、奇妙物質の巨視的説明を提示する。負の真空エネルギーは、ゼロ点場の仕事が板を圧縮することによって生じる。外部からの力が作用するキャビティ内での慣性的抵抗は、通常の物質と同一である。これは、奇妙物質が通常の物質と同一の慣性的性質を持つことを示唆する。

ABSTRACT

Herein the Casimir effect is used to present a simple macroscopic view of the origin of exotic matter. The energy arising between two nearly perfectly conducting parallel plates is shown to become increasingly negative as the plate separation is reduced. It is proposed that the Casimir energy appears increasingly negative simply because the vacuum electromagnetic zero-point field performs positive work in pushing the plates together, transforming field energy into kinetic energy of the plates. Next, the inertial properties of exotic matter are considered. The parallel plates of the Casimir system are replaced with an enclosed cavity of identical dimensions that is subjected to an external force. It is found that zero-point radiation exerts an inertial force on the cavity in opposition to the external force. This ultimately leads to the conclusion that the inertial properties of exotic matter are identical to the inertial properties of ordinary matter.

研究の動機と目的

• カシミール効果を用いて、奇妙物質の起源を巨視的に説明すること。
• 閉じた系において、真空ゼロ点エネルギーがどのように負のエネルギー密度を生じるかを明確にすること。
• 外部からの力が作用するキャビティとしてモデル化した場合の、奇妙物質の慣性的挙動を調査すること。
• 奇妙物質が通常の物質と同一の慣性的性質を示すかどうかを特定すること。

提案手法

• 平行な完全導体板の系をモデル化し、板間隔の変化に応じたカシミールエネルギーを分析する。
• 板を押し合わせる際の、真空電磁ゼロ点場がする仕事の計算を行う。
• 板を同じ寸法の剛体で閉じたキャビティに置き換えることで、巨視的物体を模擬する。
• キャビティに外部からの力を作用させ、ゼロ点放射が発生させる反作用力を計算する。
• 古典場理論とエネルギー保存則を用いて、場の仕事と運動エネルギー、慣性的応答を関連付ける。
• 外部からの力に対するゼロ点放射の反作用としての慣性力が導かれ、通常の物質と対称的であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カシミール効果は、巨視的系においてどのように負のエネルギーを生成するか？
• RQ2 カシミール配置で観察される負のエネルギー密度の背後にある物理的メカニズムは何か？
• RQ3 ゼロ点放射で満たされたキャビティの慣性的性質は、通常の物質とどのように比較できるか？
• RQ4 奇妙物質の慣性的応答は、ゼロ点場の相互作用によって説明可能か？
• RQ5 ゼロ点場は、閉じた系に作用する外部力に対して反対方向の力を発生させ、慣性を模倣するか？

主な発見

• 板間隔が小さくなるにつれて、カシミールエネルギーはますます負になる。これは、真空場が正の仕事をしているためである。
• 真空電磁ゼロ点場は、板を押し合わせる際に正の仕事をし、場のエネルギーを運動エネルギーに変換する。
• 外部からの力が作用するキャビティ内では、ゼロ点放射が、印加力とは逆向きの反動力を発生させる。
• この反動力は、通常の物質が経験する慣性力と、性質および大きさにおいて同一である。
• したがって、奇妙物質の慣性的性質は、通常の物質と区別がつかない。
• したがって、奇妙物質の負のエネルギーの起源は、本質的な奇妙性ではなく、真空場の仕事に起因する。