Голландский теоретик Хендрик Казимир предсказал существование странной силы, ныне носящей его имя, еще в 1948 году. Эта сила притягивает друг к другу пару плоских идеальных зеркал в вакууме. Она быстро увеличивается при сближении зеркал (как четвертая степень расстояния между ними) и, на удивление, определяется только парой фундаментальных констант — скоростью света в вакууме и квантовой постоянной Планка. В обычных масштабах эта сила крайне слаба, но если расстояние между зеркалами уменьшить до десяти нанометров, она станет сравнима с силой давления атмосферы.
Возникновение силы притяжения Казимир объяснил квантовыми флуктуациями вакуума. Энергия этих флуктуаций, приводящая к спонтанному рождению и уничтожению фотонов, формально бесконечна. Но за счет того, что на каждую пластину фотоны давят с обеих сторон, а между пластинами помещаются фотоны не всех возможных длин волн и в зазоре их несколько меньше, чем снаружи, разность давлений оказывается конечной и прижимает пластины друг к другу.
С проблемой формально бесконечной энергии вакуума тесно связан целый ряд важных проблем космологии и новых теорий элементарных частиц. Знают о ней и некоторые шарлатаны, обещающие получение неисчерпаемой энергии прямо из пустоты. Считается, что сила Казимира практически единственное доступное для измерений проявление квантовых флуктуаций вакуума. Вот почему в последние годы ее стали очень активно исследовать, что стало возможным благодаря быстрому совершенствованию экспериментальной техники для работы на наномасштабах. Впрочем, многие специалисты считают, что бесконечная энергия вакуума — лишь математический казус теории, который не стоит внимания. Возникновение силы притяжения между пластинами можно интерпретировать и иначе. На шесть лет позже Казимира известный советский физик Евгений Лифшиц независимо развил общую теорию, которая позволяет рассчитать силу притяжения между реальными поверхностями. В случае идеальных зеркал результаты двух теорий совпадают, но Лифшиц интерпретировал возникающую силу как проявление обычных сил молекулярного притяжения.
Именно с теорией Лифшица авторы сравнивали свои измерения. Поскольку параллельность пластин на малых расстояниях реализовать трудно, вместо одной из них использовался покрытый слоем золота пластиковый шарик диаметром 0,6 мкм. Шарик присоединили к игле атомно-силового микроскопа и измеряли силу притяжения к кремниевым пластинам с различным количеством примесей. Проводимость кремния менялась на несколько порядков, а сила притяжения на расстоянии 70 нм — всего на 7%, но эти небольшие изменения хорошо совпадают с теорией.
