東北大學實驗粒子物理學家斯蒂芬·魯克羅夫特和約翰·斯溫共同撰寫了以下答案。
要理解卡西米爾效應，首先必須理解量子場論中對空間真空的看法。現代物理學認為，真空遠非空虛，而是充滿了永不消失的電磁波，就像一個永遠存在且無法停止波浪的海洋。這些波包含所有可能的波長，它們的存在意味著空曠的空間包含一定量的能量——一種我們無法利用但始終存在的能量。
現在，如果將鏡子在真空中彼此相對放置，一些波會適合在它們之間來回反射，而另一些則不會。當兩面鏡子彼此靠近時，較長的波將不再適合——結果是，板之間真空中的總能量將比真空其他地方的能量少一點。因此，鏡子會相互吸引，就像兩個透過拉伸彈簧連線在一起的物體會隨著彈簧中儲存的能量減少而移動到一起一樣。
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圖片：大眾科學 卡西米爾效應 |
這種真空中兩面鏡子會相互吸引的效應就是卡西米爾效應。它最初由荷蘭物理學家亨德里克·卡西米爾於 1948 年預測。現在在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的史蒂夫·K·拉莫雷克斯最初於 1996 年測量了這種微小的力。
通常來說，一塊真空中的能量大小會受到周圍材料的影響，“卡西米爾效應”一詞也用於更廣泛的背景中。如果鏡子快速移動，一些真空波可能會變成真正的波。朱利安·施溫格和許多其他人認為，這種“動態卡西米爾效應”可能是造成稱為聲致發光的神秘現象的原因。
真空能量（無論有沒有鏡子）最有趣的方面之一是，在量子場論中計算，它是無限的！對於某些人來說，這一發現意味著空間真空可能是巨大的能量來源——稱為“零點能量”。
但這一發現也提出了一個物理問題：沒有什麼可以阻止任意小的波適合在兩面鏡子之間，並且存在無限數量的這些波長。數學解決方案是暫時對兩種不同鏡子間距的有限數量的波進行計算，找到相關的真空能量差異，然後論證，當允許波長的數量趨於無窮大時，差異仍然是有限的。
儘管這種技巧奏效，並且給出的答案與實驗結果一致，但無限真空能量的問題仍然是一個嚴重的問題。愛因斯坦的引力理論意味著這種能量必須產生無限大的時空引力曲率——這是我們絕對沒有觀察到的。解決這個問題仍然是一個開放的研究問題。