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热场动力学理论与有限温度下的Casimir效应

郑丽  
【摘要】: Casimir效应是一个纯粹的量子效应,它是真空电磁场中因边界条件的变化而使零点能涨落所引起的效应,是量子真空对边界的依赖的一个直接表现。根据实际的实验条件,需要对Casimir效应作一些相应的修正,其中主要考虑有限温度、金属表面的粗糙程度及金属边界的有限导电率等因素对Casimir力的影响。 对于Casimir力的物理解释是一般认为它是两个中性的可极化微粒间的范德瓦尔斯力的宏观体现。1988年,墨西哥的一位科学家给出了Casimir力一个非常简单的更为直观的物理解释,即认为可以将Casimir力看成是真空电磁场的辐射压力。这一解释可用来直观的解决问题。 量子光学是近年来发展起来的前沿学科,在这一领域中光场压缩态是研究的热点。压缩态中的量子涨落可以小于相干态中的量子涨落,因此可望在未来的量子通信、量子计算、量子测量等信息科学中发挥着重要的作用。如果将电磁场的某一个模式制备在压缩态,那么就可以调节信噪比,使得一个正交分量可以用来吸收不可避免的量子力学噪声,另一个正交分量用来很好的传递信号。那么在量子电磁场中当系统的一些模式被制备在压缩态时,就很有必要研究场的腔性质了。 将热力学统计状态中等效成一个纯态来研究,是1975年日本的两位科学家Takahashi和Umezawa在他们的热场动力学理论(thermal field dynamics theory)中所提出的。有不少物理学家利用这一方法很好地解决了很多问题。实践证明这一理论为有限温度下的研究提供了很大的方便,且可以使计算过程大大简化。 本文利用热场动力学理论计算了自由真空电磁场中有限温度对导体板间Casimir效应的修正及有限温度下腔压缩对Casimir效应的修正,证明了运用热场动力学理论来解决有限温度对Casimir效应的修正的可行性,并且得出腔压缩态中的Casimir力是一个正弦振荡。


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