«Поговорим о науке»: учёные открыли явление проводимости тепла через вакуум
В рубрике «Поговорим о науке» стоит обсудить работу учёных из Калифорнийского университета Беркли, которая способна перевернуть привычные представления о распространении тепла и явлении теплового рассеяния. Речь идёт о проведении наблюдений, которые позволили сделать вывод о том, что тепловая энергия может буквально «перепрыгивать» через вакуум благодаря так называемой квантовой странности.
Из опубликованного учёными США материала:
Если вы используете термос с вакуумной изоляцией для поддержания температуры горячего кофе, то знаете, что это хороший изолятор. Дело в том, что в классическом представлении тепловой энергии крайне затруднительно передаваться через пустое пространство. Вибрация атомов и молекул, которая и определяет температуру и которая несёт в себе тепловую энергию, не может распространяться, если рядом нет других атомов и молекул. Это типичное свойство теплопроводности, являющейся одним из видов теплопередачи.
Но, как выясняется, тепловая энергия может осуществлять «скачок» на расстояние до 1 микрометра полного вакуума. Причиной учёные считают так называемый эффект Казимира. Упрощённо эффект Хендрика Казимира обычно описывается случаем с двумя кораблями, оказавшимися на расстоянии около 40 м в штормящем море: между кораблями волнение практически исчезло, и это привело к тому, что внешняя сила (волнение на море) начала интенсивно сближать корабли друг с другом.
Профессор машиностроения университета Беркли Сян Чжан:
Тепло обычно проводится в твёрдом теле через колебания атомов и молекул (или так называемых фононов), но в вакууме нет физической среды. Удивительно, но мы обнаружили, что фононы действительно могут переноситься через вакуум невидимыми квантовыми возмущениями.
Отмечается, что некая сила буквально подхватывает колеблющиеся частицы и переносит их на определённое расстояние (которое может быть в тысячи раз больше размеров самих частиц). Вместе с этим идёт и перенос тепловой энергии через вакуум без электромагнитной составляющей.
Это всё равно, как если бы человек подходил к краю пропасти без какого-либо шанса оказаться на другом краю, после чего внешняя сила подхватывала бы его и переносила через пропасть.
Каков потенциал у этого открытия?
В Калифорнийском университете отмечают, что теперь есть возможность создавать так называемый квантовый вакуум для контроля и «извлечения» тепла в интегральных схемах. В свою очередь это может позволить найти метод противодействия перегреву электронных устройств, включая устройства связи, компьютерной техники.
Американский учёный китайского происхождения Ли Хао-Кунь:
Это открытие нового механизма теплопередачи открывает беспрецедентные возможности для управления температурой на наноуровне, что важно для высокоскоростных вычислений и хранения данных.
Другими словами, очередь – за созданием, например, устройств хранения огромных массивов информации с существенным снижением энергопотребления. Ведь на сегодняшний день основная доля энергии, расходуемой в средствах хранения информации, средствах связи и иных устройствах, приходится на тепло (его выделение). Если «тепловая» составляющая будет сведена к минимуму, цивилизация получит совершенно новое поколение электронных (цифровых) устройств.
Учёные отмечают, что вариант переноса тепловой энергии через то, что мы называем вакуумом, возможен, так как на самом деле абсолютного вакуума не существует. В любой момент времени в кажущемся нам пустым пространстве возникают и исчезают пары частица-античастица, которые в конечном итоге и дают возможность передать тепло.
Учёные говорят о том, что это открытие может «потянуть» за собой и другое – если через «вакуум» может осуществляться теплопроводность (на основании упомянутого эффекта Казимира), то через «пустоту» вполне может распространяться и звук определённых длин волн. С точки зрения классической физики, распространение звука в вакууме до сих пор считалось невозможным.
Информация