12 Декабрь, 23:04
Меню
Курс ЦБ
$ 62.39
 68.68

Учёные смогли передать тепло через вакуум без помощи излучения

Фото: evo-rus.com / Анастасия Королькова

Исследователи смогли передать тепло через специальный вакуум без помощи излучения.

Специалисты из Калифорнии (США) впервые смогли при помощи квантового шума полностью передать тепло через вакуум на огромное расстояние — несколько сотен нанометров. Свой удачный опыт американские специалисты описали в статье для научного издания Nature.

«Тепло обычно передается через твердые тела в виде фононов, вибраций атомов или молекул. В вакууме подобной среды нет, и поэтому во всех учебниках написано, что тепло не может передаваться через безвоздушное пространство. Удивительно, но мы показали, что фононы могут передаваться через вакуум благодаря невидимым квантовым колебаниям», — прокомментировал работу один из ее авторов, профессор Калифорнийского университета в Беркли Сян Чжан.

Как считают ученые, вакуум нельзя назвать абсолютно пустым и безжизненным пространством. В реальности, как об этом говорят законы квантовой физики, он заполнен множеством непрерывно рождающихся и исчезающих пар виртуальных частиц и античастиц. Ученые называют это квантовым шумом. Расчеты специалистов показывают, что он должен влиять на поведение всех остальных объектов микро- и макромира.

Яркий пример этого — так называемый эффект Казимира. Он проявляется в том, что две тонких пластинки из металла, которые плавают на небольшом расстоянии друг от друга в вакууме, должны притягиваться друг к другу. Это должно происходить за счет колебаний (флуктуаций) в энергии вакуума, которые связаны с появлением и самоуничтожением этих виртуальных частиц. Силу притяжения в этом случае называют силой Казимира.

Чжан и его коллеги нашли новое подтверждение того, что сила Казимира существует. Ученые приспособили ее для того, чтобы передать тепло в вакууме между двумя колеблющимися пластинками из карбида кремния, покрытого золотом, через достаточно большие расстояния.

Для этих наблюдений ученые создали целый комплекс сверхчувствительной аппаратуры, благодаря которой они создали почти идеальный вакуум, очень точно замерять температуру нагреваемых пластинок, а также отсекать все побочные факторы, которые влияют на их поведение.

Используя эти приборы, физики подобрали такую толщину пластинок, при которой их тепловые колебания начали передаваться через вакуум благодаря тому, что пары виртуальных частиц взаимодействовали с их атомами и молекулами. В некоторых случаях эти вибрации достигали второй пластинки и разогревали ее даже в тех случаях, когда она находилась на расстоянии в несколько сотен нанометров.

Как отмечает Чжан, сам факт подобной передачи вибраций атомов и молекул крайне важен с той точки зрения, что все другие возможные формы передачи тепла, такие как туннелирование фотонов или давление электромагнитного излучения, на таком расстоянии либо не работают, либо должны проявлять себя гораздо слабее. Это не только доказывает то, что эффект Казимира существует, но и говорит о том, что его можно применять на практике для охлаждения компонентов электроники и наномашин.

«25 лет назад профессор, принимавший у меня экзамен, спросил, почему я могу слышать его голос. Я ответил, что это происходит благодаря вибрациям молекул воздуха. В ответ он поинтересовался, буду ли я слышать его, если удалить все эти молекулы. Сейчас я могу сказать, что мой «правильный» ответ был ошибочным — наши опыты с передачей тепла показывают, что мы действительно можем кричать через вакуум», — подытожил Чжан.

23:23 - 12.12.2019 / Просмотров: 665