科学家发现新的纳米级传热方式，声子通过量子涨落实现真空传热

科学家发现一种以前未知的纳米级传热方式，它可能对于创建更快，更时尚，内存更多的电子产品具有重要意义。这个消息可能令人惊喜，热传递是让我们电的子设备工作的过程，如何控制传热过程是制造运行速度更快，更复杂设备的瓶颈。

智能手机，计算机和其他电子设备等技术的进步彻底改变了当今世界，改变了我们社会的运转、交流和生活方式。也只有在科学进步的前提下，才能使我们社会的进步和智能设备的普及成为可能。

能成为许多技术进步的源头的硅谷，它的名字中包含化学元素硅，这绝非是种巧合，硅用于制造电子器件的芯片的材料。这种材料之所以被广泛使用，是因为其化学性质，它是一种半导体或允许电流通过热应用的材料。

纳米级传热的最新发现对于开发更复杂的设备具有重要意义，在我们了能够理解该发现背后的科学之前，让我们深入研究一下热传递的基本原理。

关于自然的美丽之处在于它具有许多复杂性，而热传递过程恰好是其中之一。它发生在微观层面，量子力学在其中发挥作用。热是由于晶格中原子的振动而传递的，其运动释放出波。正如我们从量子力学中了解到的那样，这些波也会在粒子中传播，在加热的情况下，这些粒子称为声子。随着晶格中原子运动的增加，产生的波或声子的数量也会增加。

乍一看，它似乎非常简单和线性：振动越多，能量就越多。虽然这是事实，但有一点要注意，就是当不同的原子振动时，它们会在相互连接的晶格中相互推动，由于大量变化的振动而产生不同的能量。它会变得更加复杂，因为由于振动释放的每个波都可以叠加在另一个波上，从而产生具有不同能量的新波或新声子。因此传热的特征在于混乱并且难以控制。

然而散热和传递对于半导体至关重要，因为它允许电流流动并为我们的电子设备供电。因此有效地控制传热过程并更多地了解声子是促进电子领域发展的方法之一。

加热过程非常复杂，而声子被认为只能通过介质或与物体接触而传递热量，而不能在真空或空腔中传递热量。但是最近发表在自然杂志上的实验表明，实际上声子可以在真空中传递热量。

这种现象源于量子力学事实，即真空空间毕竟不是空的，而是充满了不断被创造或被破坏的粒子。这被称为量子涨落，它是由量子力学的核心部分引起的，指出在给定时间粒子的确切位置和动量是未知的。因此作为结果，在空间内外存在进出振动的虚拟粒子。

由于这种现象，科学家发现了卡西米尔效应，即两个中性原子相互施加的力被真空隔开，真空是由真空空间中虚拟粒子的振动引起的。尽管从理论上讲它可以应用于声子，实际上直到最近加州大学伯克利分校的研究人员才通过实验观察到这种现象，卡西米尔效应在此起到了启发作用。该研究实验证明，在纳米级尺度的声子中，可因量子涨落而传递热量。

现在的局面就好像热传递过程还不足够混乱，又增加了一个新的谜题，让科学家对传热机理有了另一种认识。这个发现的意义在于，它将使科学家对传热的基本机理有了全新的理解，从而为我们提供了一条控制传热的不同途径，这将有助于使我们创造出更快，更高效的计算机芯片以及相应的设备。

它也阐明了了自然界中的内在原理，这项研究清楚地表明了这一点：看似无关痛痒的小事件往往是更大事件和发现背后的潜在驱动力。