受量子涨落现象影响，热能可以在绝对真空中传递。
为了完成这项极具挑战性的实验，研究人员设计了一种超薄的氮化硅薄膜，并在真空室中精确控制了薄膜温度。
生活经验和中学物理知识告诉你，用真空隔热保温瓶装咖啡是个不错的选择。真空隔热效果非常好，热能很难在真空中流动——如果周围没有原子/分子，携带热能的原子/分子就无法传递其振动。不过据美国“物理学组织”网站12月11日报道，美国加州大学伯克利分校（UCB）的研究人员在《自然》杂志撰文称，量子力学的奇异性质再次颠覆了经典物理学的基本原理。他们发现，受量子力学现象“卡西米尔相互作用”（Casimir interaction）影响，热能跨越了几百纳米的绝对真空。虽然这种相互作用只在微观尺度上有意义，但它可能会对计算机芯片，以及其他纳米级电子元件的散热设计产生深远影响。
通常情况下，热能通过原子、分子或者声子的振动在固体中传导。而真空中不存在物理介质。因此，教科书告诉我们，声子不能在真空中传播。UCB机械工程教授Xiang Zhang说：“令人惊讶的是，我们发现声子借助看不见的量子涨落穿越了真空。”
在实验中，Zhang教授团队在真空室中设置了两个相距数百纳米的镀金氮化硅薄膜。这两层薄膜之间为真空，并且通过两者的光能可忽略不计。随后，当他们加热其中一层薄膜时，另外一层薄膜也升温了。论文作者Hao-Kun Li解释说：“这种新传热机制的发现为纳米尺度的热管理提供了新视野。这对高速计算和数据存储非常重要。我们可以设计量子真空来提取集成电路中的热量。”论文作者、UCB博士后学者King Yan Fong补充说：“为何分子振动跨越了真空？其原因在于，根据量子力学理论，并不存在真正意义上的真空。真空中存在微弱的量子场波动，这些波动会产生卡西米尔相互作用。因此，当一个物体升温并开始振动时，受量子涨落影响，振动是能够穿过真空传递给另一个物体的。”
尽管已经有理论学家推测过，卡西米尔相互作用可能有助于分子振动在真空中的传播。但用实验证明却非常困难。为此，Zhang教授等设计了超薄氮化硅薄膜以及精确控制、监控温度的方法，并对电磁辐射等干扰条件进行了排除。Zhang表示，分子振动是人类能听到声音的基础，因此他们的发现暗示着声音也可以在真空中传播。他说：“在25年前，我在UCB参加博士资格考试时，一位教授问我‘为什么你能够听到桌子这头我说的话？’我回答说‘因为声音是通过空气中振动的分子传播的。’他接着问，‘如果把所有的空气分子都吸出房间，你还能听到我说话吗？’我说‘不能。因为没有振动介质。’现在，我们发现了一个惊人的新模式，受量子涨落影响，热能也能在真空中传递。因此，我在1994年的考试中回答错了。”
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编译：雷鑫宇
审稿：alone
责编：张梦
期刊来源：《自然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：
https://phys.org/news/2019-12-energy-space-quantum-weirdness.html
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