Теорию теплопереноса Эйнштейна подтвердили спустя 107 лет
Logo
Cover

Открытие физиков Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США в области теплоизоляции подтверждает теорию Эйнштейна, объясняющую, как тепло проходит сквозь твердые тела.

1466
«Мы обнаружили свидетельства процесса, который Эйнштейн впервые предсказал в 1911 году, — что тепловая энергия хаотично перепрыгивает с атома на атом в теплоизоляторах, — говорит Лукас Линдси, физик-теоретик из ORNL. — Эти прыжки возникают вдобавок к обычному тепловому потоку из-за коллективной вибрации атомов».

Это случайное движение атомов незаметно в материалах, которые хорошо проводят тепло — как, к примеру, медь на дне сковородки. Но его можно обнаружить в твердых материалах-теплоизоляторах, пишет Phys.org.

Для обнаружения движения атомов Линдси и его коллеги использовали сложные чувствительные к вибрации инструменты и суперкомпьютеры, с помощью которых смоделировали движение тепла через простой кристалл таллия. Анализ показал, что атомные колебания в кристаллической решетке были слишком незначительными, чтобы переносить большое количество тепла. Однако они все еще наблюдали признаки теплопереноса.

При этом прогноз в два раза отличался от реальности, что заставило ученых заподозрить наличие другого механизма теплопереноса.

Многие материалы с атомной решеткой, например, кремний, переносят тепло посредством вибраций, или звуковых волн. Эти волны сталкиваются друг с другом, что вызывает замедление теплопереноса. Этот механизм впервые теоретически предсказал Эйнштейн — и не только для таллия, но и для нескольких других материалов, демонстрирующих сверхнизкую проводимость.

Пока что скачки тепла можно обнаружить только в идеальных теплоизоляторах. Однако этот механизм может присутствовать и в других кристаллических твердых веществах, считают исследователи.

Это наблюдение позволит лучше понять теплопроводность в теплоизоляторах и ускорит открытие новых материалов, которые можно использовать в целом ряде устройств — от термоэлектрических приборов, предотвращающих расход отбросного тепла, до покрытий, препятствующих теплопереносу.

Ключевой принцип, лежащий в основе теории относительности Эйнштейна, удалось подтвердить физикам из Национального института стандартов и технологий (США). Они использовали несколько атомных часов, чтобы сымитировать мысленный эксперимент со свободно падающим лифтом.