美华裔教授 实验打破百年物理定律

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【大纪元8月2日讯】(大纪元记者李天宇编译)著名的ScienceDaily 7月31日报导,麻省理工学院(MIT)的一名华裔教授陈刚与他的研究团队首次通过实验验证了百年前由德国著名物理物理学家普朗克(Max Planck)创立的黑体辐射定律(blackbody radiation law)在微观下不成立,微观下其实际辐射能量可以比根据定律算出的预测值高出1000倍以上。这项发现可能导致重大的新的实际应用,包括更好地设计计算机储存硬盘的磁头,一个设计新的能量传输装置来收集原来会被浪费的热量等。

德国物理学家普朗克在1900年创立了著名的黑体辐射定律,描述了一个理想化的非反射黑体如何通过不同波长的辐射来散失其能量。该定律揭示出,这个物体的热量散失随着温度的不同而不同,但是给定温度下,不同波长的相对热辐射按确定的模式进行。

黑体的辐射量表示了一个物体所能辐射的最大能量。这个定律被用来计算两个物体间热量转移的规律,并成为物理学中一个基本的公式。

虽然,如陈刚所述,普朗克自己也预测,在这个定律在微观下两个物理距离很近时,可能会不成立,但是一百多年来,由于实际中控制两个物体保持在及其微小的距离而不接触,而后再来研究其温度的变化实现起来有难以置信的困难,一百多年来科学家们一直没有能够试验确认这个预测是否成立。

陈刚是MIT的电力工程卡尔.理查德.瑟德贝里教授(Carl Richard Soderberg Professor)和帕帕拉多微型和纳米工程实验室(Pappalardo Micro and Nano Engineering Laboratories)的主任。他和他的研究团队与哥伦比亚大学教授Arvind Narayaswamy 合作,成功地解决了这个难题,其研究结果将在8月份出版的著名物理期刊Nano Letters上发表。

他们的方法是采用方位较易控制的小玻璃珠对着一个平面物体的方式,来取代以前科学家们试图采用的奈米级(10亿分之一米)距离中不让两平行平面体接触的方法,然后采用原子力显微镜(atomic-force microscope)中双金属悬臂(bi-metallic cantilever)技术精准地测量出两物体间温度变化。

在同一领域做过大量研究的伦敦帝国学院教授、潘德瑞爵士称赞陈刚的结果非常令人兴奋。他说,“由于在微观中极小距离情况下测量温度变化非常的困难,使得以前的实验确认无法成功。陈刚的实验为解决这个难题提供了完美的结果,并确认了在微距离下的热传输效果。”

陈刚的研究成果可能有“广泛的影响”。例如,它可能为解决计算机硬盘的磁头在向距离5-6纳米的磁盘表面录写信息时发热的问题提供新的思考和方法。由于磁存储问题有非常广泛应用,一些公司已经希望能与陈刚合作这方面的研究。另外,如何开发更有效的新一代热能转化和收集设备,收集和利用在纳米级微观以下巨大的、目前被浪费的热能,也是该技术的一项应用前景。

陈刚他们的研究受到美国能源部和空军科研办公室项目的资助。 (http://www.dajiyuan.com)

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