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《自然》新研究:量子力学让热能在真空中传导,甚至还有可能传导声音?

近日加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的研究人员进行的一项新研究表明,量子力学的古怪之处可以彻底颠覆经典物理学的基本原理。

一直以来,人们都认为热量无法在真空中传播——如热通常通过原子或分子传导,但在真空中没有物理介质。

这也是真空隔热保温瓶的原理所在。但近日加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的研究人员进行的一项新研究表明,量子力学的古怪之处可以彻底颠覆经典物理学的这一基本原理。

这项研究发表在本周的《自然》(Nature)杂志上。研究表明,由于一种名为卡西米尔相互作用(Casimir interaction)的量子力学现象,热能可以跨越几百纳米的完全真空。

虽然这种相互作用只在很短的尺度上有意义,但它可能对计算机芯片和其他纳米级电子元件的设计有深远的影响,在这些领域散热是关键。

在实验中,研究团队将两个相距几百纳米的镀金氮化硅薄膜置于真空室中。当他们加热其中一层膜时,另一层膜也被加热了——尽管这两层膜之间没有任何联系,而且通过它们的光能可以忽略不计。

该研究的一位第一作者、加州大学伯克利分校(UC Berkeley)前博士后学者King Yan Fong说,这一看似不可能完成的壮举之所以能够完成,是因为根据量子力学,不存在真正的真空。

“即使你创造了真空——没有物质,没有光——量子力学说它不可能是真正的真空。真空中仍然存在一些量子场波动。这些波动产生了一种连接两个物体的力,这被称为卡西米尔相互作用。所以,当一个物体升温,开始振动和振荡时,由于这些量子涨落,这种运动实际上可以通过真空传递给另一个物体。”

研究小组表示,由于分子振动也是我们听到声音的基础,这一发现暗示声音也可以在真空中传播。

论文的共同作者包括伯克利大学的Rongkuo Zhao、Sui Yang和Yuan Wang。

这项研究的部分资金由国家科学基金会(NSF)拨款。

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