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真空并不“空”!科学家或发现第四种传热方式

真空并不“空”!科学家或发现第四种传热方式

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  • 发布时间:2021-01-12
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【概要描述】我们都知道,现实生活中热传递的方式主要有三种:热对流、热传导、热辐射。而在真空中,由于没有介质的存在,热量是没有办法传递的。

真空并不“空”!科学家或发现第四种传热方式

【概要描述】我们都知道,现实生活中热传递的方式主要有三种:热对流、热传导、热辐射。而在真空中,由于没有介质的存在,热量是没有办法传递的。

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  我们都知道,现实生活中热传递的方式主要有三种:热对流、热传导、热辐射。而在真空中,由于没有介质的存在,热量是没有办法传递的。

  例如当我们使用真空绝缘的热水瓶来保持水的温度时,我们可能会知道它是一种很好的绝缘体,因为热能很难穿过空的空间。如果周围没有原子或分子,则携带热能的原子或分子的振动根本无法传播。

  近日,加州大学伯克利分校的科学家在《Nature》(自然)杂志上发表了一项研究足以再次改写我们的教科书。

  初中课本中讲到,声音在真空中是无法传播的。其实声音在本质上也是由分子振动产生的一种波,它也会产生能量,而热能也是其中的一种。

  而此次研究人员发现,声音竟然能够在真空中传播,其实真空并不“空”。产生的热能可以跨越数百纳米的完全真空,实现传递。

  到底是实验事实出现了问题,还是我们习以为常的教科书有了错误?到底是什么物质引起了这种现象?

  此次发现的现象涉及了一种被叫做称为卡西米尔相互作用的量子力学现象。那么什么是卡西米尔效应?

  假设在真空中存在两片平行的平坦金属板,两板之间的空间相对于板外是有限的,因此在他们之间的粒子数就会小于板外,而这些粒子对板的碰撞所产生的压力也就是板外大于板内,平行板就会受到真空施加的挤压力。

 

 

  有人说真空没有介质,粒子是哪里来的?根据量子力学的观点,真空中存在着许多具有可测量效应的粒子,他们将其称为虚粒子。虚粒子是构成虚物质的微粒,和实物粒子有非常密切的关系,分布在实物粒子的周围,与实物粒子具有类似的性质。

  实验中,研究团队在真空室内放置了两个相距几百纳米的镀金氮化硅膜。当它们加热其中一个膜时,另一个膜也变热了-即使没有任何东西连接两个膜,并且在它们之间通过的光能微不足道。

  研究人员发现,通过仔细选择膜的尺寸和设计,可以将热能传递到数百纳米的真空中。这个距离足够远,以至于其他可能的传热模式都可以忽略不计-例如电磁辐射所携带的能量,这就是来自太阳的能量如何使地球变温暖。

  尽管这种相互作用仅在非常短的长度范围内才有意义,但它可能对计算机芯片,以及其他以散热为关键的纳米级电子组件的设计,产生深远的影响。新传热机制的发现为纳米级的热管理开创了前所未有的机会,这对于高速计算和数据存储同样非常重要。

  科学家说,由于分子振动也是我们听到的声音的基础,因此这一发现暗示了声音也可以通过真空传播。声子确实可以通过看不见的量子涨落在真空中转移。而量子涨落或将成为一种新的热传递方式。

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