真空並不「空」!科學家發現透過量子漲落,熱能可在真空中傳導

真空並不「空」!科學家發現透過量子漲落,熱能可在真空中傳導

古典物理告訴我們,由於真空中不存在任何物質,熱量無法透過振動分子在真空中進行傳導,但柏克萊加大(UC Berkeley)研究人員進行的新研究顯示,量子力學的怪異特性似乎可以顛覆這項基本原則。

在刊載於《自然》(Nature)期刊的新研究中,研究人員發現在卡西米爾效應(Casimir effect)下,熱能可以跨越幾百奈米的完全真空傳導。

在這項實驗中,團隊在無塵室製造兩個極薄的氮化矽膜,將其放置在真空室相距幾百奈米,其中沒有任何東西能夠連接兩者,彼此間光能也微小的足以忽略,但當團隊加熱其中一個時,卻發現另一個同樣也被加熱了。

儘管古典物理認為真空中不存在任何物質,但以量子力學的觀點來說,真空並不是真的「空」,其中必定存在著一些量子場的波動,這些波動會產生一種將兩個物體連接在一起的力,這也就是所謂的卡西米爾效應。

在這樣的假設下,理論學家認為當其中一個物體變熱並開始振動時,量子漲落應該能將這些運動穿過真空傳遞給另一個物體,但要在實驗證明證明這點一直都是項重大挑戰。

雖然柏克萊加大在實驗中觀察到的相互作用只能在非常短的距離內產生,但這不僅顛覆了人們學到關於熱傳導的知識,也可能對重視散熱的電腦晶片、奈米級電子零件設計產生重大影響。

對於高速運算和數據儲存發展來說,這種全新傳熱機制的發現非常重要,因為這為奈米級別的熱管理開啟了前所未有的機會。除此之外,由於分子振動也是聲音傳遞的基礎,團隊認為這項發現也暗示了聲音能透過真空傳播的可能性。

論文第一作者、柏克萊加大博士後學者 King Yan Fong 表示,25 年前他參加博士資格考試時,被教授問到「如果將所有空氣分子從房間中抽出,雙方是否還能聽到彼此聲音」問題時,他回答因為沒有傳遞振動的介質,所以答案是不行。

「我們發現一種令人驚奇的熱傳導模式,透過有趣的量子漲落現象,在沒有介質的情況下讓熱能跨越真空傳導。可以說我在 1994 年的考試中回答錯了,現在,你可以在真空中大喊大叫。」

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uhbijnokm
1.  uhbijnokm (發表於 2019年12月27日 21:44)
TechNews(科技新報) 的 *文章更正:最後兩段話原先誤植為「論文第一作者、博士後學者 King Yan Fong」所說,特此更正。

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