真空并不“空”！科學(xué)家或發(fā)現第四種傳熱方式

　　我們都知道，現實(shí)生活中熱傳遞的方式主要有三種：熱對流、熱傳導、熱輻射。而在真空中，由于沒(méi)有介質(zhì)的存在，熱量是沒(méi)有辦法傳遞的。

　　例如當我們使用真空絕緣的熱水瓶來(lái)保持水的溫度時(shí)，我們可能會(huì )知道它是一種很好的絕緣體，因為熱能很難穿過(guò)空的空間。如果周?chē)鷽](méi)有原子或分子，則攜帶熱能的原子或分子的振動(dòng)根本無(wú)法傳播。

　　近日，加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家在《Nature》(自然)雜志上發(fā)表了一項研究足以再次改寫(xiě)我們的教科書(shū)。

　　初中課本中講到，聲音在真空中是無(wú)法傳播的。其實(shí)聲音在本質(zhì)上也是由分子振動(dòng)產(chǎn)生的一種波，它也會(huì )產(chǎn)生能量，而熱能也是其中的一種。

　　而此次研究人員發(fā)現，聲音竟然能夠在真空中傳播，其實(shí)真空并不“空”。產(chǎn)生的熱能可以跨越數百納米的完全真空，實(shí)現傳遞。

　　到底是實(shí)驗事實(shí)出現了問(wèn)題，還是我們習以為常的教科書(shū)有了錯誤?到底是什么物質(zhì)引起了這種現象?

　　此次發(fā)現的現象涉及了一種被叫做稱(chēng)為卡西米爾相互作用的量子力學(xué)現象。那么什么是卡西米爾效應?

　　假設在真空中存在兩片平行的平坦金屬板，兩板之間的空間相對于板外是有限的，因此在他們之間的粒子數就會(huì )小于板外，而這些粒子對板的碰撞所產(chǎn)生的壓力也就是板外大于板內，平行板就會(huì )受到真空施加的擠壓力。

　　有人說(shuō)真空沒(méi)有介質(zhì)，粒子是哪里來(lái)的?根據量子力學(xué)的觀(guān)點(diǎn)，真空中存在著(zhù)許多具有可測量效應的粒子，他們將其稱(chēng)為虛粒子。虛粒子是構成虛物質(zhì)的微粒，和實(shí)物粒子有非常密切的關(guān)系，分布在實(shí)物粒子的周?chē)�，與實(shí)物粒子具有類(lèi)似的性質(zhì)。

　　實(shí)驗中，研究團隊在真空室內放置了兩個(gè)相距幾百納米的鍍金氮化硅膜。當它們加熱其中一個(gè)膜時(shí)，另一個(gè)膜也變熱了-即使沒(méi)有任何東西連接兩個(gè)膜，并且在它們之間通過(guò)的光能微不足道。

　　研究人員發(fā)現，通過(guò)仔細選擇膜的尺寸和設計，可以將熱能傳遞到數百納米的真空中。這個(gè)距離足夠遠，以至于其他可能的傳熱模式都可以忽略不計-例如電磁輻射所攜帶的能量，這就是來(lái)自太陽(yáng)的能量如何使地球變溫暖。

　　盡管這種相互作用僅在非常短的長(cháng)度范圍內才有意義，但它可能對計算機芯片，以及其他以散熱為關(guān)鍵的納米級電子組件的設計，產(chǎn)生深遠的影響。新傳熱機制的發(fā)現為納米級的熱管理開(kāi)創(chuàng )了前所未有的機會(huì )，這對于高速計算和數據存儲同樣非常重要。

　　科學(xué)家說(shuō)，由于分子振動(dòng)也是我們聽(tīng)到的聲音的基礎，因此這一發(fā)現暗示了聲音也可以通過(guò)真空傳播。聲子確實(shí)可以通過(guò)看不見(jiàn)的量子漲落在真空中轉移。而量子漲落或將成為一種新的熱傳遞方式。