科學家發現一種全新的熱傳遞方式，或可改寫物理教科書

2023-04-01 18:16:20 1

還記得熱傳遞的三種方式嗎？在物理教科書中，除了熱輻射、熱傳導和熱對流這兩種通過聲子傳遞熱量的方式，在真空中是不會發生的。現在，第四種傳熱方法已經被發現，教科書將被改寫。在量子物理學家看來，真空並不是真正的「虛空」，而是充滿了量子漲落。

從很小的時候，我們就被教導不要觸摸灶臺上的鍋，也不要在烹飪時靠近火焰，否則我們會被燙傷。無論是通過直接接觸還是通過光輻射，熱傳遞總是會使我們遭受巨大而深刻的痛苦。

在高中物理課上，我們進一步學習了三種熱傳遞方式:通過直接接觸的熱傳導，通過液體或氣體介質的熱對流，以及光子(電磁輻射的載體)的熱輻射。現在，科學家們發現了一種全新的傳熱方式，這一研究成果有望為更多的科學研究成果打開「大門」。

早在1948年，荷蘭物理學家亨德裡克·卡西米爾(Hendrik Casimir)就提出了基於量子力學的「卡西米爾效應」，預言即使在沒有物質的真空中，能量波動仍會發生。換句話說，即使在真空時，電磁場的量子漲落也會引起聲子耦合，從而促進熱傳遞。有鑑於此，由現任香港大學校長張翔教授帶領的加州大學伯克利分校研究小組進行了實驗來驗證這一點。已經證明，被完全真空分開的兩個物體之間的量子漲落可以引起熱傳導，這是一種前所未有的熱傳遞方式，也表明聲音可以在真空中傳播。

研究人員特別定製了兩種不同尺寸的薄膜，使它們在不同的起始溫度(13.85℃和39.35℃)下每秒振動191600次。當兩個膜共振時，能量可以迅速交換。此外，研究人員確保這兩層薄膜相互平行，誤差不超過幾納米。同時，它們還確保薄膜非常光滑，表面粗糙度不超過1.5納米。在實驗中，兩個膜固定在真空室的兩側。他們用加熱器加熱一層薄膜，用冰箱冷卻另一層薄膜。

為了檢測振動頻率，即溫度的變化，兩個膜的表面覆蓋有像蜘蛛網一樣薄的金反射層，並用弱雷射照射。經過多次實驗，研究小組確認在膜和真空室之間的接觸表面沒有熱傳導，並且在兩個膜之間沒有電磁波產生的熱輻射。