如果您使用真空绝缘的热水瓶来帮助保持咖啡的热度，您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。

但是加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员所做的一项新研究表明，量子力学的怪异性如何甚至可以颠覆古典物理学的这一基本原则。

这项研究发表在本周的《自然》杂志上，该研究表明，由于称为卡西米尔相互作用的量子力学现象，热能可以跨越几百纳米的完全真空。

尽管这种相互作用仅在非常短的长度范围内才有意义，但对于散热至关重要的计算机芯片和其他纳米级电子组件的设计可能会产生深远的影响。这也颠覆了我们许多人中学到的关于传热的知识。

“热量通常是通过原子或分子或所谓的声子的振动在固体中传导的，但是在真空中，没有物理介质。因此，多年以来，教科书告诉我们，声子不能在真空中传播，指导该研究的加州大学伯克利分校机械工程学教授张翔说。“令人惊讶的是，我们发现，声子确实可以通过看不见的量子涨落在真空中转移。”

在实验中，Zhang的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，另一个也被加热了，尽管没有任何东西连接两个膜，并且在它们之间通过的光能可以忽略不计。

前博士生李浩坤说：“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非常重要。” 该小组的学生，也是该研究的第一作者。“现在，我们可以设计量子真空以提取集成电路中的热量。”

没有空的空间

穿过真空移动的分子振动看似不可能的任务可以完成，因为，根据量子力学，有没有这样的东西作为真正的空白处，王颜佛嗯，在加州大学伯克利分校的博士后学者和研究的其他第一作者说。

方说：“即使你有一个空的空间，无论如何，都没有光，量子力学说它不可能真正地是空的。在真空中仍然存在一些量子场的波动。” “这些波动会产生一种将两个物体连接在一起的力，称为卡西米尔相互作用。因此，当一个物体变热并开始振动和振荡时，由于这些量子，该运动实际上可以通过真空传递给另一个物体。波动。”

尽管长期以来，理论家一直认为卡西米尔相互作用可以帮助分子振动在空旷的空间中传播，但通过实验证明它是一项重大挑战。为此，该团队设计了极薄的氮化硅膜，它们是在无尘无尘室中制造的，然后设计了一种精确控制和监测其温度的方法。

他们发现，通过仔细选择膜的尺寸和设计，他们可以将热能传递到数百纳米的真空中。这个距离足够远，以至于其他可能的热传递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加热地球。

张说，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。

“ 25年前，在伯克利进行的博士资格考试中，一位教授问我：'为什么你能在这张桌子上听到我的声音?' 我回答说，“这是因为您的声音是通过振动空气中的分子传播的。” 他进一步问，“如果我们将所有空气分子从房间里吸出来怎么办?您还能听到我说话吗?” 我说：“不，因为没有振动的介质，”张说。“今天，我们发现了一种令人惊奇的新的无介质真空传导模式，这是通过有趣的量子真空波动实现的。所以，我在1994年的考试中错了。现在，您可以通过真空大喊大叫了。 ”