Если вы используете вакуумной изоляцией термос поможет сохранить ваш кофе горячим, вы знаете, это хороший изолятор, поскольку тепловая энергия с трудом движется через пустое пространство. Колебания атомов или молекул, которые несут тепловую энергию, просто не может путешествовать, если нет атомов или молекул.
Но новое исследование ученых из Калифорнийского университета, Беркли, показывает, как странность квантовой механики может превратить даже этот базовый постулат классической физики с ног на голову.
Исследования, появившиеся на этой неделе в журнале Nature, показывает, что тепловая энергия может прыгать на несколько сотен нанометров полного вакуума, благодаря квантово-механические явления, взаимодействие Казимира.
Хотя это взаимодействие значимо только на очень короткую длину Весы, это может иметь серьезные последствия для разработки компьютерных чипов и других наноразмерных электронных компонентов, где тепловыделение ключ. Он также подтверждающее, что многие из нас узнали о теплопередачи в школьной физике.
«Тепло, как правило, проводится в твердом сквозь колебания атомов или молекул, или так называемые фононы-но в вакууме, нет никакого физического носителя. Так, на протяжении многих лет, учебники рассказывали нам, что фононы не могут путешествовать через вакуум», — сказал Сян Чжан, профессор машиностроения в университете Беркли, который вел исследование. «Мы обнаружили, что удивительно, что фононы действительно может передаваться через вакуум невидимые квантовые флуктуации.»
В эксперименте, команда Чжана поместили две золотые-с покрытием нитрида кремния мембраны в несколько сотен нанометров внутри вакуумной камеры. Когда они нагреваются в одну из мембран, другие разминались, тоже-хотя там не было ничего, соединяющий две мембраны и незначительной световой энергии, проходя между ними.
«Это открытие нового механизма передачи тепла открывает беспрецедентные возможности для управления тепловым режимом на наноуровне, что очень важно для высокоскоростных вычислений и хранения данных», — сказал Хао-Кун ли, бывший аспирант в Чжан группы и co-первый автор изучения. «Теперь, мы можем спроектировать квантовый вакуум для извлечения тепла в интегральных схемах.»
Нет такого понятия, как пустое пространство
Казалось бы, невозможное подвиг движущихся молекулярных колебаний в вакууме может быть достигнуто потому, что, согласно квантовой механике, не существует такой вещи, как действительно пустое место, сказал король Ян Фонг, бывший докторской ученый Калифорнийского университета в Беркли и исследования других первого автора.
«Даже если у вас есть пустое пространство-нет материи, нет света — квантовая механика говорит, что он не может быть по-настоящему пустой. Есть еще некоторые колебания квантового поля в вакууме», — сказал Фонг. «Эти колебания порождают силу, которая связывает два объекта, которая называется взаимодействие Казимира. Так, когда один объект нагревается и начинает трястись и осциллируя, что движение на самом деле могут быть переданы на другой объект в вакууме из-за этих квантовых флуктуаций».
Хотя теоретики давно предполагали, что взаимодействие Казимира может помочь молекулярной вибрации проходят через пустое пространство, доказав его экспериментально была серьезной проблемой. Для этого создали чрезвычайно тонкие мембраны из нитрида кремния, которые изготовляются в пыли чистой комнате, а потом придумали способ точно контролировать и следить за их температурой.
Они нашли, что, тщательно выбирая размер и конструкция мембран, они могли передавать тепловую энергию за несколько сотен нанометров вакуума. Это расстояние было достаточно далеко, что другие возможные способы передачи тепла были незначительными-например, энергия электромагнитного излучения, как энергия Солнца нагревает Землю.
Потому что молекулярные колебания являются основанием звуки, которые мы слышим, это открытие намекает на то, что звуки также могут путешествовать через вакуум, сказал Чжан.
«Двадцать пять лет назад, во время моей кандидатской квалификационный экзамен в Беркли, один профессор спросил меня, ‘почему вы можете услышать МОЙ голос по этой таблице?’ Я ответил, что это потому, что ваш звук распространяется посредством вибрации молекул в воздухе’. Далее он спросил, ‘Что, если мы сосем все молекулы воздуха из этой комнаты? Можете ли вы еще слышите меня?’ Я сказал, ‘Нет, потому что нет среды, чтобы вибрировать», — сказал Чжан. «Сегодня, что мы обнаружили-это удивительно новый режим теплопроводности в вакууме без среды, которая достигается интригующий квантовые колебания вакуума. Значит, я ошибалась на мой экзамен 1994. Теперь вы можете кричать через вакуум».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!