【IT168评测中心】据美国《世界日报》报道,美国MIT(麻省理工学院)在7月30日宣布,该校动力工程学华裔教授陈刚与其团队的研究,首次打破“黑体辐射定律”的公式,证实物体在极度近距时的热力传导,可以高到定律公式所预测的一千倍之多。该研究将在“NanoLetter”8月号科学杂志上发表并为解决手机、计算机等电子设备发热问题开辟新途径。该研究将在“NanoLetter”8月号科学杂志上发表。
德国物理学家普朗克(Max Planck)于1900年所创的“黑体辐射定律”(Black Body Radiation Law)是公认的物体间热力传导基本法则,虽然有物理学家怀疑此定律在两个物体极度接近时不能成立,但始终无法证明和提出实证。
在物理学中,普朗克黑体辐射定律(也简称作普朗克定律或黑体辐射定律)是用于描述在任意温度T下,从一个黑体中发射的电磁辐射的辐射率与电磁辐射的频率的关系公式。这里辐射率是频率ν的函数:
普朗克黑体辐射定律,其中:
I为辐射率,在单位时间内从单位表面积和单位立体角内以单位频率间隔或单位波长间隔辐射出的能量
v为频率,c为光速,T为温度,h、k分别为普朗克常数和玻尔兹曼常数
在公式的推导过程中,普朗克考虑将电磁场的能量按照物质中带电振子的不同振动模式分布。得到普朗克公式的前提假设是这些振子的能量只能取某些基本能量单位的整数倍,这些基本能量单位只与电磁波的频率v,有关,并且和频率v成正比:E = hv,这也就是普朗克的能量量子化假说,这一假说的提出比爱因斯坦为解释光电效应而提出的光子概念还要至少早五年。然而普朗克并没有像爱因斯坦那样假设电磁波本身即是具有分立能量的量子化的波束,他认为这种量子化只不过是对于处在封闭区域所形成的腔(也就是构成物质的原子)内的微小振子而言的,用半经典的语言来说就是束缚态必然导出量子化。普朗克没能为这一量子化假设给出更多的物理解释,他只是相信这是一种数学上的推导手段,从而能够使理论和经验上的实验数据在全波段范围内符合。不过最终普朗克的量子化假说和爱因斯坦的光子假说都成为了量子力学的基石。
普朗克的“黑体辐射定律”创定在不同温度下,此定律在绝大多数情况下都成立,但如何在极微小的距离中稳定控制物体,达成能量传导的测试有极高的困难度。百多年来,科学家始终无法突破。而普朗克也对此定律在微距物体间是否仍成立,持保留态度。
实验示意图
中国华中科技大学、柏克莱加州大学出身的陈刚是知名的纳米热电材料和流体学者。他的研究团队采用二氧化硅制成的小球对着平面物体的方式,取代在纳米 (10亿分之一米)距离中根本不可能不碰触的两平行平面体;并采用双金属臂梁(bi-metallic cantilever)科技的原子显微镜去精准地测量两物体间的温度变化。
陈刚和其实验设备
麻省理工学院表示,陈刚团队的研究成果,证实科学家所预言但无法实证的理论,已获得国际间同领域学者的喝彩。
此项发现不但让人们对基本物理有进一步的了解,对改良计算机数据储存用的硬盘的“记录头”,以及发展储聚能源的新设计等工业应用上十分重要。
陈刚说,目前计算机使用的硬盘,记录头与硬盘表面约有五至六纳米的距离,记录头容易发热,而研究员一直在寻找控制发热的方法。热传导和控制是磁存储(Magnetic Storage)领域十分重要的一环,此类应用也将因陈刚的发现而迅速发展。
新的发现也能帮助开发新一代的能源转换装置。除了实际的应用,陈刚说,此研究也提供对基本物理进一步了解的有用工具。
(完)