或會影響明日存儲 黑體輻射定律被打破

2020-11-24 IT168

　　【IT168評測中心】據美國《世界日報》報導，美國MIT（麻省理工學院）在7月30日宣布，該校動力工程學華裔教授陳剛與其團隊的研究，首次打破「黑體輻射定律」的公式，證實物體在極度近距時的熱力傳導，可以高到定律公式所預測的一千倍之多。該研究將在「NanoLetter」8月號科學雜誌上發表並為解決手機、計算機等電子設備發熱問題開闢新途徑。該研究將在「NanoLetter」8月號科學雜誌上發表。

　　德國物理學家普朗克(Max Planck)於1900年所創的「黑體輻射定律」(Black Body Radiation Law)是公認的物體間熱力傳導基本法則，雖然有物理學家懷疑此定律在兩個物體極度接近時不能成立，但始終無法證明和提出實證。

　　在物理學中，普朗克黑體輻射定律（也簡稱作普朗克定律或黑體輻射定律）是用於描述在任意溫度T下，從一個黑體中發射的電磁輻射的輻射率與電磁輻射的頻率的關係公式。這裡輻射率是頻率ν的函數：

普朗克黑體輻射定律，其中：

I為輻射率，在單位時間內從單位表面積和單位立體角內以單位頻率間隔或單位波長間隔輻射出的能量

v為頻率，c為光速，T為溫度，h、k分別為普朗克常數和玻爾茲曼常數

　　在公式的推導過程中，普朗克考慮將電磁場的能量按照物質中帶電振子的不同振動模式分布。得到普朗克公式的前提假設是這些振子的能量只能取某些基本能量單位的整數倍，這些基本能量單位只與電磁波的頻率v,有關，並且和頻率v成正比：E = hv，這也就是普朗克的能量量子化假說，這一假說的提出比愛因斯坦為解釋光電效應而提出的光子概念還要至少早五年。然而普朗克並沒有像愛因斯坦那樣假設電磁波本身即是具有分立能量的量子化的波束，他認為這種量子化只不過是對於處在封閉區域所形成的腔（也就是構成物質的原子）內的微小振子而言的，用半經典的語言來說就是束縛態必然導出量子化。普朗克沒能為這一量子化假設給出更多的物理解釋，他只是相信這是一種數學上的推導手段，從而能夠使理論和經驗上的實驗數據在全波段範圍內符合。不過最終普朗克的量子化假說和愛因斯坦的光子假說都成為了量子力學的基石。

上述資料來源

　　普朗克的「黑體輻射定律」創定在不同溫度下，此定律在絕大多數情況下都成立，但如何在極微小的距離中穩定控制物體，達成能量傳導的測試有極高的困難度。百多年來，科學家始終無法突破。而普朗克也對此定律在微距物體間是否仍成立，持保留態度。

實驗示意圖

　　中國華中科技大學、柏克萊加州大學出身的陳剛是知名的納米熱電材料和流體學者。他的研究團隊採用二氧化矽製成的小球對著平面物體的方式，取代在納米 (10億分之一米)距離中根本不可能不碰觸的兩平行平面體；並採用雙金屬臂梁(bi-metallic cantilever)科技的原子顯微鏡去精準地測量兩物體間的溫度變化。

陳剛和其實驗設備

　　麻省理工學院表示，陳剛團隊的研究成果，證實科學家所預言但無法實證的理論，已獲得國際間同領域學者的喝彩。

　　此項發現不但讓人們對基本物理有進一步的了解，對改良計算機數據儲存用的硬碟的「記錄頭」，以及發展儲聚能源的新設計等工業應用上十分重要。

　　陳剛說，目前計算機使用的硬碟，記錄頭與硬碟表面約有五至六納米的距離，記錄頭容易發熱，而研究員一直在尋找控制發熱的方法。熱傳導和控制是磁存儲(Magnetic Storage)領域十分重要的一環，此類應用也將因陳剛的發現而迅速發展。

　　新的發現也能幫助開發新一代的能源轉換裝置。除了實際的應用，陳剛說，此研究也提供對基本物理進一步了解的有用工具。

（完）

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  • 【知識點】黑體和黑體輻射
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