6.9 カシミール効果

目次 ／ 第6章：量子領域 (V5.05)

I. 現象と中心的な問い

電荷も外部場もない二枚の金属板をナノ〜マイクロの距離まで近づけると、自発的に引き合います。力は 1/r² の素朴な直感よりもはるかに急増します。板–板、球–板などの幾何や材料の違いでも現れ、特定の流体中では斥力に反転する場合もあります。さらに境界を高速に「揺さぶる」か、有効位置を急変させると、「真空」から光子が対で生じます（動的版）。では、なぜ力が生じ、なぜ幾何・材料・媒質・温度によって大きさも向きも変わるのでしょうか。

II. エネルギー・スレッド理論（EFT）の解釈：境界が「海」のスペクトルを組み替え、圧力差が生まれる

**エネルギー・スレッド理論（EFT）では、「真空」はエネルギーの海（Energy Sea）の基底状態であり、極めて弱いテンション背景雑音（TBN）**があらゆる向き・周波数帯の微小なさざ波として満ちています。金属面や誘電体界面といった境界は、許容されるさざ波を選別し、拘束つきの共振箱のように働きます。結果として次の三点が重要です。

1. 内は疎、外は密というスペクトル非対称
   • 板間では「節が合う」さざ波だけが入れ、想定できる揺らぎの多くが排除されます。
   • 外側は幾何学的ふるいが弱く、利用できるモードが豊富です。
   • つまり、外は「騒がしく」、内は「静か」です。
2. テンション圧力差の発生
   • 背景のさざ波は全方位からの微小な打撃と見なせます。スペクトルが豊富な外側のほうが正味の押しがわずかに強く、内側は弱い。
   • この差がテンション圧力差となり、板を互いに押し寄せます。
   • 材料と媒質の組合せ次第では、内側の選別が有利になって斥力へ反転します。
3. 境界を高速に書き換えると、背景が「ポンプ」され対光子が出る
   • 境界を高速に動かす、あるいは電磁的性質を急変させる（たとえば超伝導回路の反射端を高速同調）と、可用スペクトルが短時間で組み替わります。**テンション背景雑音（TBN）**が「汲み上げ」られ、相関した光子対が放出されます。
   • エネルギー保存は成り立ちます。対光子のエネルギーは、境界を書き換えるために加えた外部仕事に由来します。

要するに、「境界の組み替え → スペクトルの非対称化 → テンション圧力差」が力の源であり、引力か斥力か、強弱はスペクトルの作られ方で決まります。

III. 代表的な設定（実験で見えるもの）

• 平行板の引力（標準ベンチテスト）
  高伝導面をナノ〜サブミクロンで隔てると再現性のある引力が現れ、間隔が縮むほど急峻に増大します。粗さ、平行度、温度が値に影響します。
• 球–板とマイクロカンチレバー
  マイクロカンチレバーや原子間力顕微鏡で球–板力を測ると位置合わせが容易になり、「近いほど強い」の傾向が確認できます。幾何補正の精査も可能です。
• 媒質中の反転：斥力とトルク
  適切な流体で隔てた二つの異方性材料では、斥力や自己整列トルクが観測されます。これは選別されるスペクトルに向き・偏光の嗜好があることを示します。
• 動的カシミール：真空から光を「しぼり出す」
  超伝導回路で境界の有効位置を高速同調すると、ポンプされたスペクトルの指紋に合致する相関した対放射が得られます。
• 原子–表面の長距離相互作用（親族：カシミール–ポルダー）
  冷却原子が表面に近づくと、距離や温度に依存して引力・斥力のポテンシャルが現れます。本質は「境界がスペクトルを変える」ことの現れです。

IV. 実験的指紋（識別のポイント）

• 距離依存が強い：近接するほど急増。幾何ごとにスケーリングは異なるが、近接場が支配的です。
• 材料・温度で可調：導電性、誘電スペクトル、磁気応答、異方性、温度が系統的に大きさと向きを変えます。
• 表面の現実性：粗さや「パッチ電位」が静電力を上乗せするため、独立校正・差し引き後に残る成分がスペクトル起源の圧力です。
• 動的版の対相関：光が対で、かつ相関して出るのは、書き換えられポンプされたスペクトルの特徴です。

V. よくある疑問への短い答え

• 「仮想粒子が板を引っ張るのか」
  より適切なのは、境界が利用可能な背景スペクトルを書き換え、内外で「ノイズ気候」が異なる結果、圧力差が生じるという像です。「見えない手」は要りません。
• 「エネルギー保存に反しないか」
  反しません。静的には板を近づける仕事が系に蓄えられます。動的には対光子のエネルギーが境界書き換えの外部駆動から供給されます。
• 「真空エネルギーを無限に取り出せるか」
  できません。正味のエネルギーは機械的仕事か、材料・環境の自由エネルギー差に由来します。
• 「遠距離でも効くのか」
  効きますが急速に弱まります。遠距離では温度項や分散が支配し、信号の識別が難しくなります。

VI. 標準記述との照合（同じ物理、見せ方の違い）

• 標準言語：量子化電磁場の零点ゆらぎは境界条件でモードが変調され、内外のモード密度差から力が生じます。有損媒質・有限温度では Lifshitz 枠組みを用います。
• エネルギー・スレッド理論の言語：**エネルギーの海（Energy Sea）にはテンション背景雑音（TBN）**があり、境界はスペクトル・セレクタとして内外のさざ波を変え、テンション圧力差を作ります。観測量は一致し、私たちは「場のモード」を「海のさざ波とテンション」という直観図に置き換えているだけです。

VII. 要約

カシミール効果は、どこからともなく現れる不思議な力ではありません。境界がエネルギーの海のスペクトルを作り替えるため、両側の背景テンションが強さ・向きで食い違い、圧力差が立ち上がります。静的には近接場の引力（特定の媒質では斥力）として現れ、動的にはスペクトルの作り替えが背景を相関した光子パケットへと「汲み上げ」ます。
要するに、境界がスペクトルを定め、スペクトルが圧力差を定め、圧力差が力になります。