卡西米尔效应图解 平行的兩塊板間產生的卡西米爾效應 卡西米爾效應 （英語：Casimir effect ）是由荷蘭 物理學家亨德里克·卡西米爾 於1948年提出的一種現象，此效應隨後被偵測到，並以卡西米爾為名以紀念他。其根據量子場論 的「真空不空」觀念——即使沒有物質存在的真空 仍有量子漲落 ，而提出此效應：真空中兩片中性 （不帶電）的金屬 板會出現吸力；這在古典理論 中是不會出現的現象。这种效应只有在两物体的距离 非常之小时才可以被检测到。例如，在亚微米 尺度上，该效应导致的吸引力成为中性导体之间主要作用力。事实上在10纳米 间隙上（大概是一个原子 尺度的100倍），卡西米爾效應能产生1个大气压 的压力 （101.3千帕）。一对中性原子之间的范德瓦耳斯力 是一种类似的零點能量 效应。
卡西米爾效應在理解上，可以看為金屬導體 或介電材料 的存在改變了真空二次量子化 后電磁場 能量 的期望值 。這個值與導體和介電材料的形狀 及位置 相關，因此卡西米爾效應表現就成了與這些屬性相關的力 。
卡西米爾效應是量子場論 的自然結果；量子場論陳述了所有各式各樣的基本場 —例如電磁場 —必須在空間 中每個點且处处被量子化 。採單純的觀點來說，物理場可以想作是充滿空間的振動 球 ，之間以彈簧 相連接。場的強度可以看作是球偏離其平衡位置的位移。場的振動可以傳播，並由對應於此特殊場的適當波方程 所主導。量子場論的二次量子化 程序要求球與彈簧的組合是呈現量子化的，也就是說場強度在空間中每一點被量子化。正則式地（Canonically）來說，空間中每點的場是個諧振子 ，量子化則成了每點有個量子諧振子 。場的激發 則對應到粒子物理學 中的基本粒子 。然而，這樣的圖像會顯示出：即使是真空 也有極其複雜的結構。所有量子場論的計算都須與這樣的真空模型有所關聯。
真空因此暗地裡具有了一顆粒子所擁有的全部性質：自旋 ，或光 的極化 ，以及能量 等等。若作平均，這些性質會彼此相銷而得到零值——真空的「空」是以這樣的概念維持著。其中一個重要的例外是真空能量 或能量的真空期望值。簡諧振子的量子化過程指出存在有一個最低的能量值，稱作零點能量 ，此值不為零：
E
=
1
2
ℏ
ω
{\displaystyle {E}={\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}\hbar \omega \,}
卡西米爾所做的研究是針對二次量子化 的電磁場。若其中存在一些大塊的物體，可為金屬或介電材料，做成一如古典電磁場所須遵從的邊界條件 ，這些相應的邊界條件便影響了真空能量的計算。
舉例來說，考慮金屬腔室中電磁場真空期望值的計算；這樣的金屬腔實例如雷達波腔 或微波 波導 。這樣的例子中，正確找出場的零點能量 的方法是將腔中駐波 能量加總起來。每一個可能的駐波對應了一種能量值；例如，第n個駐波的能量值是
E
n
{\displaystyle E_{n}}
⟨
E
⟩
=
1
2
∑
n
E
n
{\displaystyle \langle E\rangle ={\frac {1}{2}}\sum _{n}E_{n}}
此和是對所有可能駐波的n 加總起來。1/2的因子反映出被加總的是零點能量（此1/2與方程式
E
=
1
2
ℏ
ω
{\displaystyle E={\frac {1}{2}}\hbar \omega }
發散 ；然而也是可以將它寫成有限值 的表示。
特別來說，可能會有人問為何零點能量會和腔室形狀s 相依？原因是：每個能階
E
n
{\displaystyle E_{n}\,}
E
n
(
s
)
{\displaystyle E_{n}(s)\,}
⟨
E
(
s
)
⟩
{\displaystyle \langle E(s)\rangle }
s 的函數。再此可以得到一項觀察：在腔室壁上每個點p 的力等同於壁形狀s 出現微擾 時的真空能量變動，這樣的形狀微擾可寫為
δ
s
{\displaystyle \delta s}
p 的函數。因此得到：
F
(
p
)
=
−
δ
⟨
E
(
s
)
⟩
δ
s
|
p
{\displaystyle F(p)=-\left.{\frac {\delta \langle E(s)\rangle }{\delta s}}\right\vert _{p}\,}
此值在許多實際場合是有限的。
原始論文：H.B.G. Casimir, Proc. Kon. Nederland. Akad. Wetensch. B51 , 793 (1948)
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