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真空并不「空」!科学家发现透过量子涨落,热能可在真空中传导_申博官网

科技 admin 29次浏览 已收录

古典物理告诉我们,由于真空中不存在任何物质,热量无法透过振动分子在真空中进行传导,但柏克莱加大(UC Berkeley)研究人员进行的新研究显示,量子力学的怪异特性似乎可以颠覆这项基本原则。

在刊载于《自然》(Nature)期刊的新研究中,研究人员发现在卡西米尔效应(Casimir effect)下,热能可以跨越几百奈米的完全真空传导。

在这项实验中,团队在无尘室制造两个极薄的氮化矽膜,将其放置在真空室相距几百奈米,其中没有任何东西能够连接两者,彼此间光能也微小的足以忽略,但当团队加热其中一个时,却发现另一个同样也被加热了。

尽管古典物理认为真空中不存在任何物质,但以量子力学的观点来说,真空并不是真的「空」,其中必定存在着一些量子场的波动,这些波动会产生一种将两个物体连接在一起的力,这也就是所谓的卡西米尔效应。

在这样的假设下,理论学家认为当其中一个物体变热并开始振动时,量子涨落应该能将这些运动穿过真空传递给另一个物体,但要在实验证明证明这点一直都是项重大挑战。

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虽然柏克莱加大在实验中观察到的相互作用只能在非常短的距离内产生,但这不仅颠覆了人们学到关于热传导的知识,也可能对重视散热的电脑晶片、奈米级电子零件设计产生重大影响。

对于高速运算和数据储存发展来说,这种全新传热机制的发现非常重要,因为这为奈米级别的热管理开启了前所未有的机会。除此之外,由于分子振动也是声音传递的基础,团队认为这项发现也暗示了声音能透过真空传播的可能性。

论文第一作者、柏克莱加大博士后学者 King Yan Fong 表示,25 年前他参加博士资格考试时,被教授问到「如果将所有空气分子从房间中抽出,双方是否还能听到彼此声音」问题时,他回答因为没有传递振动的介质,所以答案是不行。

「我们发现一种令人惊奇的热传导模式,透过有趣的量子涨落现象,在没有介质的情况下让热能跨越真空传导。可以说我在 1994 年的考试中回答错了,现在,你可以在真空中大喊大叫。」

  • Heat energy leaps through empty space, thanks to quantum weirdness
  • 本文授权转载自:TechNews(科技新报) 

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