热传递的三种方式

在初高中的物理学课上，都会涉及声、光、电、力、热这几个部分。其中在讲到热力学时，老师通常会说，热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射。

那这三种方式该如何去理解呢？

首先，我们要知道的是，万物都是由粒子构成的。但是粒子自身并不是原地不动，而是到处乱晃的。

科学家发现，同等条件下，温度越高的物体的分子总体的运动越是剧烈，反之亦然。也就是说，分子总体的动能和温度是有关的。科学家用分子的平均动能来描述温度。分子的平均动能越高，温度就越高，反之亦然。

一般来说，热能其实都是从高温向低温来进行传递。其中，热传导的本质就是一个分子向另一个分子传递动能；

热对流是指流体的宏观运动导致流体各部分之间发生了相对位移，冷热流体就会发生互相掺杂，也就实现了热量传递的过程；

热辐射是指物体通过电磁波辐射来传递热量，太阳辐射就是典型的热辐射。

我们会发现，以往的热传递方式都是我们可以通过宏观的手段来进行观测的。但是一直以来，在这个领域有个看不到的“幽灵”缠绕着科学家们。在真空中如果要实现热传递，按照上面说到的三种方式，目前来看只有通过电磁波。那如果没有电磁波，能实现热量的传递吗？

事实上，科学家早就发现了，在纳米尺度上，承载大规模的集成电路设备的电子元器件传递热量要比理论激素按要高出一些来。那这些高出理论的热量是从哪里来的呢？

这个问题一直就没有能够很好地被解决。

第四种热传递方式

最近，由物理学家张翔带队的考研团队，通过实验证实了，在纳米尺度之下，真空环境下会发生真空声子传热，也就是一种全新的热传递方式。他们还在《自然》上发表了相关的学术论文。这里补充一点，这里的“声子”是翻译而来的一个名字，它的传递是不需要介质的，是在真空状态下完成的。那张翔的团队是如何证实的呢？

要了解这个过程，我们就得先来说一说量子力学。在量子力学的框架当中，真空其实不空，而且还非常的热闹。根据量子力学，我们知道，真空中虽然不存在实粒子，但是却存在着虚粒子。而虚粒子并不是单个出现的，而是成对出现的，一正一反，并且会在极其短的时间内发生湮灭。

虽然虚粒子对会在短时间内快速湮灭，但是它们却十分活跃，不断地出现和消失，所以真空在这个尺度下是非常热闹。

而在不断地湮灭I产生地过程当中，还会伴随着力地作用。科学家还真的用时间验证过这个力的作用。

它们把两块平板平行放置到足够近的距离，这时候两个平板之间就会产生一种吸引力，这其实就是虚粒子造成的，最后会把两个平板吸引到一起。科学家也把这个叫做：卡西米尔效应。

卡西米尔效应让我们明白一个道理，虚粒子对产生的力可以穿越真空进行传导，那有没有可能在这个过程中实现真空声子传热呢？

张翔所带领的团队就是想要测出这个过程是否由热传递。他们把两块100纳米厚的氮化硅薄膜在真空中平行放置，并且控制两个薄膜一端热，一段冷。

于是，他们就发现，随着两个薄膜之间的距离逐渐减少，薄膜的温度慢慢地趋于一致。即便是让一开始两个薄膜的温度差达到25度，在随着薄膜距离的靠近，温度也会趋于一致。

也就是说，在这个过程中，热能从温度高的薄膜传递到了温度低的薄膜上，这其实就是通过真空声子传热实现的。只不过，这种热传递极其微弱，还不到热辐射所引起的热传递的4%。这也是为什么这种热传递的机制很难被发现的主要原因，但它很有可能是热传递的三种方式之外的第四种。未来是否会改写现有的物理学教材，还需要全球的相关学者对整个机制和实验进行复现和确定。

真空声子传热有什么用？

相信很多人也会想即便是整个事实被确认了，那又能如何呢？

其实整个发现会深深影响我们的生活，我们就举一个例子。如今的许多精密仪器都达到了纳米尺度，尤其是芯片已经做到7纳米左右的水平。但是芯片的散热问题一直无法得到解决，也成了科技发展的一个瓶颈之一。当科学家完全搞清楚了真空声子传热，那就可以优化芯片的设计，进一步缩小体积，同时降低能耗和散热。所以，这个热传递的发现很有可能会改变芯片领域的发展。