Фундаментальный закон Планка не прошел испытания в наномасштабе
Фото:
Идеи

Фундаментальный закон Планка не прошел испытания в наномасштабе

Закон лучистого теплообмена Планка, отлично работавший около века, дал сбой в масштабе наночастиц. Ученые пока раздумывают о последствиях открытия: вероятно, это затронет не только теоретическую физику, но и повлияет на множество ее приложений - от климатической модели до понимания формирования планет.

Фундаментальный закон квантовой физики испытали специалисты Колледжа Вильгельма и Марии в Вирджинии и Университета штата Мичиган. Они задались вопросом, может ли закон Планка описать тепловое излучение нанообъектов в режиме дальнего поля. Как выяснилось, полученные результат в 100 раз отличается от предсказаний закона.

Это значит, что нанообъекты могут излучать и абсорбировать тепло гораздо эффективнее, чем описывают современные модели, пишет Science Alert.

С древних времен людям известно, что раскаленные предметы испускают свет. Также мы давно установили связь между цветом света и его температурой. В XIX веке цвет света измерили внутри абсолютно черного раскаленного ящика. Немецкий физик Макс Планк представил излучение света в виде раскачивающегося маятника: дискретные порции энергии то поглощаются, то излучаются. Несмотря на странность этого сравнения, модель прекрасно работала для видимых объектов на видимой дистанции.

Однако в микромире все несколько иначе. В прошлом физики уже наблюдали отклонения от закона Планка в ближнем поле — на расстоянии меньше длины излучаемой волны. Но что происходит на дистанции дальнего поля, равного самим объектам?

Для того чтобы выяснить это, ученым пришлось создать две мембраны размером менее 10 микрон — приблизительно длина волны инфракрасного света. Затем они нагрели одну из них и измерили вторую.

«Мы наблюдали экспериментально, что если объекты очень, очень маленькие, то коэффициент переноса энергии в 100 раз выше, чем предсказывает закон Планка, — говорит Мумтаз Кызылбаш, один из авторов работы.

Он приводит аналогию с гитарной струной: «Если дергать ее в разных местах, она будет резонировать на определенных длинах волн более эффективно».

Результаты исследования еще предстоит осмыслить, но ученые предполагают, что они затронут не только нанотехнологии, но и понимание теплообмена в атмосфере или процессы охлаждения небесных тел.

Недавно американские физики смогли подтвердить теорию Эйнштейна, объясняющую, как тепло проходит сквозь твердые тела. С помощью суперкомпьютеров они зафиксировали незначительные атомные колебания в кристаллической решетке таллия.