技术:第4种热传播方法被发现了

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量子涨落使声子能够在真空中传递热量。 (图片来源:张翔/加利福尼亚大学伯克利分校)

还记得传热的三种方法吗？ 物理教科书中，除热辐射外，热传导、热对流等基于声子的传热方法均在真空中不发生。 但是在量子物理学家看来，真空不是真正的“空虚”，而是充满了量子波动。 最近在《自然》杂志上发表的实验首次说明了量子效应可以在真空中向声子传递热量。 终于发现了新的传热方法。

写作| charles q. choi

编译|张二十七

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也是这种不确定性的结果，真空永远不是完全空的，而是充满量子波动的——所谓“虚粒子”的出现和消失。

几十年前，科学家们发现虚数粒子不仅仅是理论。 实际上可以检测力。 比如克什米尔效应——这种效应意味着当两个物体近距离放置在真空环境中时，它们之间存在微小的引力。 例如，如果在真空中使两片镜子相对，虚拟光子会出现或消失，因此镜子的表面会因其力而弯曲。

这种现象刺激物理学家的思考，如果这些短暂的量子波动能产生真正的力量，也许还会产生无热辐射传递热量等其他效果。

为了理解声子是如何通过量子涨落传导热量的，假设真空中有两个分别放置的、温度不同的物体吧。 高温物体中的声子可以向真空中的虚粒子传热，然后这些虚粒子又可以向低温物体传热。 如果把两个物体看作振动的原子集合体，虚数粒子就像一个弹簧一样，把一个物体的振动传递给另一个。

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这篇最新论文，为了在数量上实现福传，加州大学，学校，张，团队实验。 但是由于这种膜又轻又薄，所以如果一张纸的能量影响另一张纸的运动，研究者很容易注意到其效果。

实验装置图。 (图片来源:张翔/加利福尼亚大学伯克利分校)

张翔队注意到，即使两张胶卷尺寸相同，但温度不同，振动的频率也不同。 因此，研究者特意定制了两张胶卷的不同尺寸，使其能够在不同的开始温度(分别为13.85℃和39.35℃)下，以每秒191600次的频率振动。 两片膜共振时，能量迅速交换。

另外，研究者确保了两片膜相互平行，误差在几纳米以下。 而且他们保证膜非常光滑，表面凹凸在1.5纳米以下。 芋头

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实验成功后，研究者计算了实验中声子传播能量的最高效率:约6.5×10-21焦耳/秒。 以这个速度计算的话，想要传播1个可见光光子的全部能量，需要50秒。 这看起来微不足道，张翔认为这是“两个物体之间传递热量的新机制”。

越来越多的应用场景？

张翔说，原理上，恒星也可以通过这个机制加热行星。 但是，考虑到它们之间的距离，这种效果的规模有可能“非常小”，几乎可以忽略不计。

在我们的生活中，从高端智能手机到笔记本电脑，大部分电子设备都越来越小。 这个研究结果可能有助于技术人员解决纳米尺度技术中的发热问题。 “例如在硬盘驱动器中，读写头在磁盘表面移动的间隔只有3纳米”，张翔说:“在这个短距离内，新发现的热传递作用可能会产生重要的影响。 在设计磁记录装置时，应该考虑到这一点”。

张翔说量子涨落不仅仅是虚光子。 除了虚拟光子，还有多个虚拟重力子，也就是重力场的能量等其他种类的虚拟粒子。 张翔说:“重力场的量子涨落是否会引起宇宙规模的热传播机制是一个感兴趣的问题，有待我们去探索。”

scientific American/article/space-heater-scientists-find-new-way-to-transfer-energy-through-a-vacum

原始论文:

nature/articles/s 41586-019-1800-4