具有经典极化率纳米颗粒的卡西米尔自熵：电磁场涨落

卡西米尔相互作用熵不仅不能保证为正，而且更引人注目的是，物体的卡西米尔自熵可以为负。在此，我们试图通过研究中性球形纳米颗粒的卡西米尔自熵来解释这些负自熵的物理起源与意义。在通过考察散射格林函数的渐近行为提取此类粒子的极化率后，我们计算了相应的自由能与熵。由于从纳米颗粒视角只能揭示低温情形，我们考虑了两种纳米颗粒模型，即球形等离子体 $\delta$-函数壳层与均匀介电/抗磁球，均在低温下。第二种模型包含来自体自由能的熵贡献，指球内或球外介质充满整个空间的情形，为与范德瓦尔斯相互作用（对应于每个体的自熵）保持一致，必须在物理上减去该贡献。（范德瓦尔斯计算见附录 A。）如此计算的熵在适用于小粒子的低温极限下与已知结果一致，且为负。但我们提出，负自熵只是一种相互作用熵，即两个体（纳米球之外或之内）的总熵与黑体熵之差。真空熵恒为正并压倒相互作用熵。因此相互作用熵可以为负，而不与统计热力学原理矛盾。由于黑体辐射自身的熵起重要作用，我们也对其作了详细讨论，包括色散效应。