Kraften til tiltrekning eller frastøting mellom parallelle objekter. §3 Ikke-kjemisk (fysisk) interaksjon mellom atomer og molekyler. A) Størrelsen på frastøtningsfeltene til begge partiklene er den samme

Voronov V. Gravitasjons-“frastøtning” // Quantum. - 2009.- nr. 3. - S. 37-40

Etter særskilt avtale med redaksjonen og redaktørene av tidsskriftet "Kvant"

Loven om universell gravitasjon er en av de grunnleggende fysiske lovene. Det ser ut til at det ikke er noen grunn til å tvile på gyldigheten av hovedoppgaven hans om gjensidig tiltrekning av kropper i naturen. Imidlertid er det situasjoner der universell tyngdekraft fører til helt uventede effekter. Det er disse uvanlige sakene jeg vil snakke om.

La oss forestille oss et uendelig univers fylt med vann. Hvordan vil ulike kropper i dette universet samhandle med hverandre? Det ser ut til at svaret er åpenbart: de vil tiltrekke seg, adlyde loven om universell gravitasjon. Men... ikke forhast deg med konklusjoner. La oss se på noen spesielle tilfeller.

La oss først undersøke samspillet mellom to blypellets. Det er verdt å nevne med en gang at begrepet "interaksjon" ikke er veldig egnet her, siden pellets ikke bare påvirkes av kreftene til gjensidig gravitasjonsattraksjon, men også av universets tyngdekraft og de elastiske kreftene i vannmiljøet. Først og fremst vil vi prøve å ta hensyn til alle krefter som har gravitasjonskarakter.

Tar hensyn til gravitasjonsinteraksjon. La oss vurdere kreftene som virker på pellet 1 (fig. 1). La oss tegne et plan gjennom midten vinkelrett på linjen som forbinder begge pellets. Den vil dele universet i to halvunivers. For enkelhets skyld, la oss ringe dem til venstre og høyre. Disse to halvuniversene er symmetriske i forhold til planet som skiller dem, men på høyre side er det en ekstra pellet 2. De symmetriske delene av halvuniversene virker på pellet 1 med helt like tiltrekningskrefter. Den resulterende kraften er resultatet av virkningen av to forskjellige sfæriske elementer. På høyre side er det en pellet, og på venstre side er det vann i volumet av pellet. Siden massen til pelleten er større enn massen til det tilsvarende vannelementet, vil den totale kraften \(\vec F_1,\) som virker på pellet 1 bli rettet mot høyre, men vil være mindre enn gravitasjonskraften til pellet 2. La oss beregne denne kraften:

\(~F_1 = F_(dr)-F_(vodi) = G\frac( m_(dr) m_(dr) )(r^2) - G\frac( m_(dr) m_(vodi) )(r^ 2) = G\frac( m_(dr) )(r^2) (m_(dr) m_(vodi)) = G\frac( m_(dr)^2 )(r^2) \venstre(1 - \ frac( \rho_(vodi) )(\rho_(dr)) \right),\)

hvor r er avstanden mellom pellets.

Det er lett å vise at denne formelen, når det gjelder pellets med forskjellig masse, forvandles til formen

\(~F_1 = G\frac(m_1m_2)(r^2)\venstre(1 - \frac( \rho_(vodi) )( \rho_(dr) ) \right),\)

og i tilfelle av interaksjon av partikler av et hvilket som helst stoff i ethvert uendelig medium tar formen

\(~F_1 = G\frac(m_1m_2)(r^2)\left(1 - \frac( \rho_(sredy) )( \rho_(veschestva) ) \right),\)

Uttrykket foran parentes faller fullstendig sammen med loven om universell gravitasjon, og hvis tettheten til mediet settes lik null, får vi standardformuleringen av loven. (Som bør skje, siden formelen i dette tilfellet beskriver gravitasjonsinteraksjonen mellom kropper i et vakuum.)

Hvis tettheten til mediet økes gradvis, vil kraften til gjensidig tiltrekning reduseres til den blir null når tetthetene til mediet og stoffet er like. Hvis tettheten til mediet er større enn tettheten til materieelementene som er plassert i det, vil kraften bli negativ, noe som tilsvarer frastøtingen av disse elementene. Dermed vil to trekuler i et vannunivers frastøte med kraft

\(~F_1 = G\frac(m_1m_2)(r^2) \venstre| 1 - \frac( \rho_(vodi) )( \rho_(dereva) ) \right| ,\)

Dermed kan tyngdekraften generere frastøtelse!

Denne effekten av gjensidig frastøtning kan forklares ved å ta hensyn til "feltene" som genereres ved introduksjon av elementer av materie med en annen tetthet i et uendelig homogent medium. Utseendet til tettere stoff fører til dannelsen av et gravitasjonsfelt. Dessuten skapes tyngdekraften bare på grunn av den "overskytende" tettheten i materievolumet. Hvis tettheten til stoffet er mindre enn tettheten til mediet, oppstår et "felt" av frastøting. Det særegne ved disse "feltene" er at de viser sine egenskaper uavhengig av hvilket stoff (med en tetthet større eller mindre enn tettheten til mediet) de virker på. Styrken til et slikt "felt" kan beregnes ved hjelp av formelen (vi snakker om det sentrale feltet)

\(~E = G\frac(m_(veschestva))(r^2) \venstre| 1 - \frac( \rho_(sredy) )( \rho_(veschestva) ) \right|.\)

La oss nå prøve å utforske en mer kompleks sak. Så langt har vi vurdert elementer av materie som har samme tetthet. Hvordan vil kropper med ulike tettheter samhandle? For å være spesifikk, la oss velge en trekule og en blypellet og bruke begrepene "felt" av frastøtelse og tyngdekraft. Pelleten, som har overflødig tetthet, skaper et "felt" av tyngdekraft og vil derfor tiltrekke seg trekula (fig. 2). Og denne ballen, som har utilstrekkelig tetthet, skaper et "felt" av frastøting og vil derfor avvise blypelleten. Dermed vil kreftene som virker på pelleten og kulen bli rettet i én retning. Det kan vises at i dette tilfellet beregnes modulen til hver kraft, med tilsvarende erstatning av indeksene 1 (for en pellet) og 2 (for en ball), ved hjelp av formelen

\(~F_(12) = G\frac(m_1m_2)(r^2) \venstre| 1 - \frac( \rho_(sredy) )( \rho_(veschestva) ) \right|.\)

Men bruddet på Newtons tredje lov (kreftene er ikke bare rettet mot hverandre, men i det generelle tilfellet er de ikke like store), så vel som loven om universell gravitasjon, er bare tilsynelatende. Faktum er at kreftene beskrevet av den siste formelen ikke er krefter interaksjoner. Sammen med gravitasjonsinteraksjonen mellom legemer, tar denne formelen hensyn til gravitasjonspåvirkningen til universet generert av dets asymmetri i forhold til hver av legene. Og forskjellen i kreftene til "interaksjon" genereres nettopp av universets forskjellige innflytelse på elementene i det.

For å oppsummere kan vi merke oss at å ta hensyn til alle krefter av gravitasjonsnatur viser at loven om universell gravitasjon ikke bare forårsaker tiltrekning av kropper. Men det må huskes at vi ennå ikke har tatt hensyn til tilstedeværelsen av elastiske krefter i vannmiljøet. Dette er hva vi skal gjøre.

Regnskap for arkimedesk styrke. Det virker ganske åpenbart at i et homogent vannunivers er trykket det samme på alle punkter. Arkimedesk kraft oppstår bare når en inhomogen inkludering vises. La oss beregne denne kraften for tilfellet når den er forårsaket av utseendet til en blypellet.

La oss vurdere et vilkårlig valgt element av vann (fig. 3). Den er i ro, noe som betyr at kraften som virker fra gravitasjonsfeltet til pelleten blir fullstendig kompensert av den arkimedeiske kraften. La oss finne denne kraften:

\(~F_A = F_(pr) = m_(el-ta"vodi)E_(polya) = \rho_(vodi)V_(el-ta"vodi)E_(polya).\)

Det er åpenbart at denne formelen, som minner om den klassiske skoleversjonen \(~F_A = \rho V g ,\) også kan brukes for det frastøtende "feltet" (i dette tilfellet vil det også være rettet mot "feltet" ).

Nå kan du prøve å ta hensyn til alle kreftene. La oss gå tilbake til tilfellet med to blypellets. Den totale kraften \(\vec F_1,\) som virker på den første pelleten er lik vektorsummen av kraften forårsaket av "feltet" til den andre pelleten og den arkimedeiske kraften (fig. 4):

\(~F_1 = F_(polya2) - F_A = m_1 E_(polya2) - \rho_(vody) V_1 E_(polya2) = \left(1 - \frac( \rho_(vody) )( \rho_(dr) ) \right) m_1 E_(polya2) = \left(1 - \frac( \rho_(vody) )( \rho_(dr) ) \right) m_1 G \frac(m_2)(r^2) \left(1 - \frac( \rho_(vody) )( \rho_(dr) ) \right) = G \frac(m_1m_2)(r^2) \left(1 - \frac( \rho_(vody) )( \rho_(dr ) ) \right)^2.\)

Den fullstendige symmetrien til denne formelen med hensyn til indeksene viser at den totale kraften som virker på den andre pelleten vil være den samme i størrelse\[~F_2 = F_1.\] Tilstedeværelsen av det kvadratiske uttrykket i parentes i denne formelen er heller ikke tilfeldig. Hvis tettheten til mediet viser seg å være større enn tettheten til stoffet, endres ikke fortegnet på kraften. Det betyr at to trekuler i et vannaktig univers også vil tiltrekke hverandre. Og så kan den siste formelen skrives om i en mer generell form:

\(~~F = G\frac(m_1m_2)(r^2) \left(1 - \frac( \rho_(sredy) )( \rho_(veschestva) ) \right)^2.\)

Denne formelen kan imidlertid ikke brukes til å beregne krefter som virker på legemer med ulik tetthet. La oss gå tilbake til situasjonen med trekula og blypellet. La oss finne kraften som virker på blypelleten. Trekula skaper en frastøtende kraft, men den arkimedeiske kraften virker i motsatt retning (fig. 5). Vi finner den totale kraften \(\vec F_(dr)\) som vektorsummen av de tilsvarende kreftene:

\(~F_(dr)=F_A - F_(ottalk) = \rho_(vodi)V_(dr)E_(ottalk) - m_(dr)E_(ottalk) = \left(\frac( \rho_(vodi) ) ( \rho_(dr) ) -1 \right)m_(dr)E_(ottalk) = \left(\frac( \rho_(vodi) )( \rho_(dr) )-1 \right)m_(dr)G \frac(m_(dereva))(r^2)\left(1 - \frac( \rho_(vodi) )( \rho_(dereva) ) \right) = G\frac(m_(dereva)m_(dr) )(r^2)\left(\frac( \rho_(vodi) )( \rho_(dr) ) -1 \right) \left(1 - \frac( \rho_(vodi) )( \rho_(dereva) ) \Ikke sant).\)

Vi ser at \(~F_(dr)< 0\) , а значит, сила отталкивания больше архимедовой силы. Таким образом, деревянный шарик и свинцовая дробинка будут отталкиваться друг от друга. Можно показать, что такая же по модулю, но противоположно направленная сила будет действовать и на деревянный шарик.

Så den generelle formelen som beskriver "interaksjonen" mellom to kropper i et uendelig flytende medium har følgende form:

\(~F = G\frac(m_1m_2)(r^2)\venstre(\frac( \rho_(vesch1) - \rho_(sredy) )( \rho_(vesch1) ) \right) \left(\frac( \rho_(vesch2) - \rho_(sredy) )( \rho_(vesch2) ) \right).\)

Det er åpenbart at i det spesielle tilfellet når tetthetene til kroppene er de samme, uavhengig av deres forhold til tettheten til mediet, vil disse kroppene tiltrekke hverandre \(~(F > 0).\) Tiltrekning vil også være observert i tilfellet når tetthetene ikke er like , men begge er enten større eller mindre enn tettheten til mediet. Da vil uttrykkene i parentes i den siste formelen ha samme fortegn, og kraften vil være positiv. Frastøting av kropper er bare mulig når tettheten til en kropp er større enn tettheten til mediet, og densiteten til den andre er mindre. I dette tilfellet endrer kraften fortegn til negativ, noe som indikerer frastøting av kropper. Hvis tettheten til en av kroppene faller sammen med tettheten til mediet, blir kraften null.

Vi har allerede påpekt flere ganger at to atomer eller ioner i en krystall ikke kan nærme seg hverandre så nært som ønsket, siden det oppstår frastøtende krefter mellom dem, som raskt får store verdier når avstanden blir mindre enn likevekten. Som vi så i del I, er det to årsaker til disse kreftene: elektrostatisk frastøtning og fenomenet kvantemekanisk resonans. Å direkte utlede frastøtelsesloven fra disse fenomenene er nesten håpløst. Derfor, for en numerisk bestemmelse, vil vi følge en mer praktisk eksperimentell bane, det vil si at vi vil akseptere at kraften avtar med en viss grad av avstand. Vi vil bestemme eksponenten i henhold til Born fra krystallens komprimerbarhet.

Som før, la oss betegne med a lengden på kanten av enhetscellen i likevektstilstanden. Under påvirkning av ytre trykk avtar det jevnt gjennom hele krystallen med volumet av en kubisk krystall,

som består av celler blir da like

Kompressibilitet er lik forholdet mellom den relative endringen i volum og trykk slik at vi opp til høyere ordens termer har:

Den elektrostatiske energien til en deformert krystall oppnås ved å erstatte uttrykket i stedet for a in (66) og multiplisere den resulterende verdien med antall celler

Hvis den frastøtende kraften kan representeres av en kraftfunksjon av avstanden mellom atomer, bør potensialet som den bestemmes av ha formen:

som i tillegg til antall elementære celler og konstanten inneholder i nevneren avstanden mellom atomer i ukjent grad Den totale energien er lik summen av denne frastøtende energien og den elektrostatiske energien, dvs.

Begge Lil-konstantene er definert som følger. Når det ytre trykket er null (krystall i vakuum), ved likevekt er lengden på kanten lik a. Derfor må (68) ha et minimum:

Fra denne tilstanden følger det:

og etter bytte i (68):

Ved å utvide dette uttrykket til en potensserie og neglisjere ordensvilkår høyere enn det andre, får vi:

Hvis krystallen er under påvirkning av eksternt trykk, blir arbeidet utført når parameteren endres

forårsaker en lik endring i gitterenergi.

Ved å likestille de siste uttrykkene med hverandre får vi følgende formel for komprimerbarhet:

hvorfra vi kan beregne eksponenten for det frastøtende potensialet:

Denne beregningen ble utført for ulike kubiske krystaller og ga en verdi som var ganske liten i alle tilfeller, lik ca 9. Derfor vil den vanligvis danne grunnlaget for vår videre resonnement.

Ved å bruke denne verdien kan vi beregne energien til krystallen vår i normal tilstand fra (69)

Den totale energien til ionegitteret er dermed omtrent 8/9 av dets elektrostatiske energi.

Direkte eksperimentell bestemmelse av dannelsesvarmen til et ionisk gitter fra frie ioner er umulig. Det kan imidlertid bestemmes på en rundvei fra eksperimentelle data, ved å bruke den såkalte Born-sirkulære prosessen.

For eksempel er energien for dannelse av en krystall fra metallisk natrium og gassformig diatomisk klor kjent fra termokjemiske målinger. Denne formasjonsprosessen kan dekomponeres i påfølgende delprosesser som følger:

a) Fordampning av metallisk natrium til monoatomisk natriumdamp. dette forbruker energi lik energien til natriumsublimering.

b) Dekomponering til atomer. Dette krever dissosiasjonsenergi

Dannelsen av positive natriumioner og negative klorioner, der hvert natriumatom mister et elektron og overføres til et kloratom. Energien som kreves for denne prosessen er lik forskjellen mellom ioniseringsarbeidet og elektronaffiniteten

Dannelse av en krystall fra ioner Energien som frigjøres i dette tilfellet må være lik den totale energien til ionegitteret gitt ved formel (72). Siden de andre mengdene er kjent, kan denne energien beregnes fra denne sirkulære prosessen som forskjellen mellom den termokjemiske formasjonsvarmen nevnt ovenfor og summen av energiene som brukes i prosessene.

Følgende tabell (ifølge Born) sammenligner gitterenergiene oppnådd på denne måten i cal/mol med energiene beregnet fra uttrykk (72) for ulike krystallgitter. Man ser at tallene stemmer godt overens.

Tabell 2 (se skanning)

Hvis begge partiklene har frastøtende felt og deres størrelse er den samme, vil begge være både frastøtende og frastøtende samtidig. Og begge vil bevege seg bort fra hverandre i samme hastighet.

ANTI-GRAVITY (REPULSE) MEKANISME

En partikkel med et attraktivt felt er årsaken til forekomsten av den attraktive kraften i partiklene som omgir den. Men hva med partiklene som danner Repulsion Fields i det eteriske feltet? De forårsaker ikke tiltrekningskraften. Nei, enhver partikkel med et frastøtningsfelt får frastøtningskraften til å oppstå i partiklene som omgir den.

Frastøtende kraft, som oppstår i en hvilken som helst partikkel er en eterisk strøm, som tvinger partikkelens eter til å bevege seg bort fra overskuddet av eter som oppstår i det eteriske feltet. Eteroverskudd dannes alltid av en partikkel med et frastøtningsfelt.

I den delen av fysikk viet til elektromagnetisme eksisterer frastøtende krefter på linje med attraktive krefter. Men i elektromagnetisme er det ikke legemer som frastøter og tiltrekker seg, men ladede partikler, d.v.s. det er ingen sammenheng med tyngdekraften. Men hvis antigravitasjon (repulsion) ble anerkjent av forskere, og ikke bare anerkjent, men som tyngdekraftens antipode, ville alt falle på plass. Elektromagnetisme vil fremstå i hodet til forskere som noe annet enn en gravitasjons-antigravitasjonsinteraksjon. Og positive og negative ladninger ville bli til masse og antimasse. Det er alt. Dette vil være det første skrittet mot "Great Unification" av fire interaksjoner.

Under reelle forhold kan kilden til frastøtningsfeltet (partikkel, kjemisk element eller akkumulering av kjemiske elementer) skjules av frie partikler eller kjemiske elementer (kropper, medier). De attraktive og frastøtende feltene til skjermende objekter endrer størrelsen på frastøtningskraften i objektet som studeres.

Tilsløring av partikler med selve frastøtningsfelt er årsakene til frastøtningskrefter. Og disse frastøtende kreftene bør oppsummeres med den frastøtende kraften til objektet hvis innflytelse vi studerer.

Skjerming av partikler med attraktive felt er årsakene til attraktive krefter. Og disse attraktive kreftene bør trekkes fra den frastøtende kraften som vi studerer.

Nå noen få ord om funksjonene til frastøtingen av partikler med forskjellige verdier av frastøtningsfeltene.

Hvis begge vekselvirkende partiklene har frastøtningsfelt, og av forskjellig størrelse, vil den frastøtende partikkelen være den med det større feltet, og den frastøtende partikkelen vil være partikkelen med det mindre feltet. De. en partikkel med et mindre frastøtende felt vil bevege seg bort fra en partikkel med et større felt, og ikke omvendt. La dette kalles regelen for underkastelse til den dominerende frastøtningskraften.

I tilfelle bare én av partiklene har et frastøtende felt, og den andre er preget av et attraksjonsfelt, vil bare Yang-partikkelen være frastøtende. Yin vil alltid bare bli skjøvet bort.

Som du kan se, ligner alt på Force of Attraction, bare omvendt.

Mekanismen for antigravitasjon (repulsion) er helt motsatt av gravitasjonsmekanismen (attraksjon).

En av de to partiklene som deltar i anti-gravitasjonsinteraksjon må nødvendigvis ha et frastøtende felt. Ellers er det ikke lenger mulig å snakke om antigravitasjonsinteraksjon.

Vi sammenlignet prosessen med tiltrekning med viklingen av en ball. Hvis vi trekker en analogi med tyngdekraftsmekanismen, er frastøtningsprosessen avviklingen av en "ball". En partikkel med et frastøtende felt er en "ball". Dens utslipp av eter er avviklingen av "tråden" (eter). En partikkel med et frastøtende felt, som vikler av "tråden" (avgir eter), øker avstanden mellom seg selv og de omkringliggende partiklene, dvs. avviser, fjerner dem fra seg selv. Samtidig tørker ikke eteren i partikler med Repulsion Fields. Partiklene slutter ikke å avgi det.

Av de to partiklene som deltar i antigravitasjonsprosessen, vil den som har et frastøtende felt være frastøtende. Og den andre partikkelen vil følgelig bli frastøtt. En partikkel av hvilken som helst kvalitet kan avvises - både med et frastøtningsfelt og et attraksjonsfelt. I tilfelle begge partiklene har frastøtende felt, vil hver av dem samtidig spille rollen som både frastøtende og frastøtende.

Frastøtningsmekanismen er basert på det andre prinsippet i kraftloven - " Naturen tåler ikke overskudd" Eteren som fyller kraftsenteret til partikkelen, og med det kraftsenteret til selve partikkelen, beveger seg bort fra overskuddet Eter som oppstår på stedet for eterfeltet der objektet som besitter frastøtningsfeltet befinner seg, dvs. en der mengden skapt eter råder over mengden av forsvinnende eter.

En eterisk strømning som tvinger eteren til den frastøtende partikkelen til å bevege seg bort fra overskuddet eter, dvs. fra et objekt med et frastøtningsfelt kalles " Av Repulsion Force».

Naturligvis, i motsetning til prosessen med tiltrekning, dannes det ingen forbindelse mellom frastøtende partikler. Tvert imot kan det ikke være snakk om noen sammenheng mellom partikler her. La oss si at to partikler var gravitasjonsbundet. Men som et resultat av transformasjonen endret en av dem eller begge på en gang attraksjonsfeltet til frastøtningsfeltet. Antigravitasjonsmekanismen trer umiddelbart i kraft, og partiklene frastøter hverandre, dvs. forbindelsen er brutt.

Størrelsen på frastøtningskraften avhenger av de samme tre faktorene som størrelsen på den attraktive kraften:

1) om størrelsen på frastøtningsfeltet til partikkelen (kjemisk element eller kropp), som tjener som årsaken til frastøtningskraften;

2) på avstanden mellom kilden til frastøtningsfeltet og partikkelen som studeres;

3) på kvaliteten på den frastøtende partikkelen.

La oss se på påvirkningen av alle disse faktorene.

1) Størrelsen på frastøtningsfeltet til et objekt er årsaken til frastøtningskraften.

Størrelsen på frastøtningsfeltet til en partikkel er hastigheten på absorpsjon av eteren av overflaten. Følgelig, jo raskere en partikkel absorberer eter, desto større blir størrelsen på frastøtningskraften forårsaket av denne partikkelen i partikkelen som studeres.

2) Avstanden mellom kilden til Repulsion Field og partikkelen som studeres.

Forklaringen på avhengigheten av størrelsen til frastøtningskraften av avstand er lik beskrivelsen av årsaken til at den attraktive kraften avhenger av avstand.

En elementær partikkel er en kule, og hvis du beveger deg bort fra den, vil volumet av rommet rundt partikkelen øke konsentrisk. Følgelig, jo lenger fra partikkelen, desto større blir volumet av eteren som omgir partikkelen. Hver partikkel med et frastøtende felt sender ut eter inn i det omkringliggende eterfeltet med en viss hastighet. Hastigheten for utslipp av eter fra en partikkel er verdien av frastøtningsfeltet som opprinnelig er iboende i denne partikkelen. Men jo lenger fra partikkelen, jo større volumet av eter vil den omgi. Henholdsvis jo lenger bort fra partikkelen, jo mindre vil hastigheten være som eteren vil bevege seg bort fra denne partikkelen(dvs. jo lavere hastighet vil luftstrømmen være) – dvs. jo mindre verdien av Repulsion Field vil være. Dermed snakker vi for det første om størrelsen på frastøtningsfeltet som opprinnelig ligger i partikkelen, og for det andre om størrelsen på frastøtningsfeltet i en viss avstand fra partikkelen.

En eterisk strømning som tvinger eteren til den frastøtende partikkelen til å bevege seg bort fra overskuddet eter, dvs. fra et objekt med et frastøtningsfelt kalles " Av Repulsion Force».

Størrelsen på frastøtningskraften avhenger av de samme tre faktorene som størrelsen på den attraktive kraften:

1) om størrelsen på frastøtningsfeltet til partikkelen (kjemisk element eller kropp), som tjener som årsaken til frastøtningskraften;

2) på avstanden mellom kilden til frastøtningsfeltet og partikkelen som studeres;

3) på kvaliteten på den frastøtende partikkelen.

La oss se på påvirkningen av alle disse faktorene.

1) Størrelsen på frastøtningsfeltet til et objekt er årsaken til frastøtningskraften.

2) Avstanden mellom kilden til Repulsion Field og partikkelen som studeres.

Forklaringen på avhengigheten av størrelsen til frastøtningskraften av avstand er lik beskrivelsen av årsaken til at den attraktive kraften avhenger av avstand.

) og teamet hans fra Yale University's School of Engineering and Applied Science oppdaget eksperimentelt lysets frastøtende effekt. Dermed fullførte de konstruksjonen av et bilde av den bipolare interaksjonen av tettliggende bølgeledere i nanostørrelse som strålingsstråler med visse parametere passerer gjennom.

I fjor kombinerte Tan og hans kolleger nanomekanikk og nanofotonikk, og skapte for første gang en enhet som brukte en sideveis (vinkelrett på strålen) kraft fra lys for å kontrollere posisjonen til komponenter.

Denne interaksjonen mellom elektromagnetiske bølger og det optiske systemet må ikke forveksles med det lenge kjente frontale trykket av lys som faller inn på overflaten av en kropp.

Eksistensen av sidekrefter (også kalt optiske bindekrefter) har blitt forutsagt av teoretikere siden 2005, og det ble antatt at disse kreftene kunne være enten frastøtende eller attraktive. Sistnevnte ble nettopp oppdaget i fjor.

Nå har den samme gruppen forskere bygget en mikroskopisk enhet der de har oppnådd både attraktive og frastøtende krefter mellom tilstøtende lysstråler fanget inne i bølgeledere. Dessuten har fysikere funnet en måte å regulere disse kreftene etter ønske.

a – slik ser den nye enheten laget av Tan ut; b – kjernen i kretsen ved høyere forstørrelse (i venstre ramme er den omgitt av en rød ramme) (foto av Mo Li et al.).

"Dette fullfører bildet," sa Tan. "Vi har vist at det faktisk er en bipolar lyskraft med attraktive og frastøtende komponenter." Fysikere forklarer at eksistensen av optiske bindingskrefter er knyttet til Maxwells ligninger, og i deres fysiske essens er disse kreftene slektninger til Casimir-kraften, som vises på grunn av kvantesvingninger i et vakuum.

For å demonstrere denne nye kraften, delte forskerne den infrarøde laserstrålen i to separate strømmer som passerer langs silisium nanobølgeledere av forskjellige lengder. Etter å ha fullført en slik sløyfe, kom disse bølgelederne tett på hverandre (avstanden varierte i en rekke eksperimenter). I dette øyeblikket befant to stråler som løper side om side seg med faser forskjøvet i forhold til hverandre.

Avhengig av størrelsen på dette skiftet, fant eksperimentørene ut, at den laterale samhandlingskraften til disse strålene, som de overfører til bølgelederne som holder dem, endres (i størrelse og fortegn). Og selv om kraften var liten (i størrelsesorden flere piconewtons), var det mulig å måle den og identifisere mønstre: den åpne kraften var avhengig av faseforskyvningen, strålingskraften og avstanden mellom nanobølgelederne.

a – diagram av to bølgeledere hengt over hulrommet (slik at de kan bøye seg under påvirkning av lys); b – avhengighet av kraften (pN/µm.mW) av avstanden mellom bølgelederne (nm) og faseforskyvningen; c – amplitude og tegn på sidekraften avhengig av faseforskjellen i en avstand mellom lysstråler på 400 nm; d – distribusjonsmønster av tiltreknings- og frastøtende krefter avhengig av faseforskjellen mellom de to strålene og avstanden mellom bølgelederne. I de to siste tilfellene er kraftskalaene også markert i pN/µm.mW. I alle grafer og figurer er virkningen av tiltrekningskrefter markert med rødt, og frastøting i blått (illustrasjoner av Mo Li et al.).

"Styrkene i samspillet mellom lys er spennende fordi de fungerer på motsatt måte sammenlignet med ladede kropper," sier en av forfatterne av eksperimentet, Wolfram Pernice. "Motsatte ladninger tiltrekker hverandre, mens lysstråler som ikke er i fase, frastøter hverandre."

Tans team tror at teknologien de har kommet opp med en dag vil være nyttig for å lage raske, kompakte og kostnadseffektive telekommunikasjonsenheter. I slike kretser kan komponenter samhandle med hverandre ved hjelp av lys fanget i bølgeledere, noe som ville bidra til å radikalt redusere antallet ledere.

Forfatterne presenterte resultatene av arbeidet sitt i en artikkel i tidsskriftet Nature Photonics (den kan leses på arXiv.org-serveren).