Logo
Cover

Каждый, кто когда-либо пользовался вакуумным термосом, знает, что кофе в нем охлаждается долго, поскольку тепловой энергии сложно преодолеть пустое пространство. Новое исследование доказывает, что квантовая механика может перевернуть законы классической физики с ног на голову.

Физики из Калифорнийского университета в Беркли пришли к выводу, что тепловая энергия может перепрыгнуть через несколько сотен нанометров полного вакуума в результате квантово-механического феномена эффекта Казимира, рассказывает Phys.org.

Несмотря на то, что этот феномен действует только на очень коротких расстояниях, он может иметь важное значение для индустрии производства микрочипов и другой наноэлектроники, в которой большую роль играет рассеяние тепла.

А также он противоречит тому, что многие из нас узнали о теплопереносе из школьной программы.

«Обычно тепло переносится в твердых телах через колебания атомов или молекул или так называемые фононы — но в вакууме нет физической среды. Так что многие годы учебники говорили нам, что фононы не могут проходить через вакуум, — объяснил профессор Чжан Сян, возглавлявший проект. — Мы открыли поразительную вещь: фононы переносятся сквозь вакуум невидимыми квантовыми флуктуациями».

В ходе эксперимента команда Чжана поместила две покрытых золотом мембраны из нитрида кремния на расстояние в несколько сотен нанометров друг от друга в вакуумной камере. Нагрев одну из мембран, они наблюдали, как вторая тоже становится теплее, хотя их ничего не соединяло, а света было пренебрежимо мало.

Парадоксальное движение молекулярных колебаний в вакууме оказалось возможным благодаря квантовой механике, в которой нет такого понятия, как пустое пространство. Даже если там нет ни вещества, ни света, с точки зрения квантовой механики оно не пустое — в нем все еще есть флуктуации квантового поля. Они создают силу, соединяющую два объекта, то есть эффект Казимира. Так что когда один объект нагревается и начинает колебаться, его движение передается на другой объект через вакуум.

Кроме того, поскольку молекулярные колебания также лежат в основе звуков, открытие ученых указывает на то, что через вакуум могут передаваться и звуки. Если бы мы могли крикнуть, стоя в одном углу комнаты, из которой выкачали весь воздух, то в другом конце нас бы услышали. Раньше такое считалось невозможным.    

Недавно австрийские ученые сообщили о важном эксперименте в области квантовой биологии — они впервые наблюдали квантовую интерференцию цепочки из 15 аминокислот Их исследование закладывает основу изучения квантовых свойств биологических молекул, энзимов, ДНК и, возможно, даже вирусов.