如何看待《自然》于2019年12月所刊论文中提到的新的热传导方式「真空声子传热」？ 第1页

这篇论文来自《Nature》杂志，文章题目为《Phonon heat transfer across a vacuum through quantum fluctuations》。^[1]

最近看到了这篇文章，大致内容翻译介绍如下：

固体中的热传递通常通过电子或称为声子的原子振动进行。长期以来，人们一直认为在真空中热量是通过辐射而不是声子传递的，因为缺少介质。然而，最近的理论预测，电磁场的量子涨落会引起真空中的声子耦合，从而促进热传递。通过实验揭示这种独特的量子效应将为量子热力学带来一些新的基础性见解，并为纳米级技术的热管理带来实际工程上的意义。在这里，科学家通过实验证明了由真空间隙隔开的两个物体之间的量子涨落引起的热传递是存在的。他们使用纳米力学系统通过真空波动实现强声子耦合，并观察各个声子模式之间的热能交换。实验观察与理论计算非常吻合，并且与其他影响（例如近场辐射和静电相互作用）存在无可争议的区别。科学家通过量子涨落发现声子的传热代表了除传统的传导，对流和辐射之外的传热机制。它为在纳米级的能量传输中利用量子真空铺平了道路。

实验用了两块氮化硅薄膜。实验发现膜的距离足够接近时，热量会产生明显的变化。我们知道，对于光波，为了解释光电效应，爱因斯坦引入了光子的概念，他认为无论是吸收和发射还是在空间中传播，光波均是以能量为 的微粒形式出现的，这种微粒称之为光子，因此，光子为光波的最小能量单元，即能量量子，光子概念的引入使人们对与光现象有关的微观过程的认识发生了革命性的改变。 对于晶体中的格波，其能量也是量子化的，格波最小的能量单元（能量量子）是 ，格波能量的增减必须是的整数倍。格波的激发单元因此可看是“粒子”，这个粒子化了的格波元激发（格波量子），或者说晶格振动的能量量子，称之为声子（phonon）^[2]。频率为 声子的能量为。声子是玻色子，服从玻色统计分布。由于声子是玻色子，对每个声子能级，声子的占据数没有限制，且声子数可以不守恒，声子既可以被产生，也可以被湮灭。声子与光子不同，是一种为了计算方便而引入的虚拟粒子。声子不能像光子一样作为真实的粒子，按照爱因斯坦光量子理论，光波无论是吸收和发射还是在空间中传播均是以光子这一真实的形式出现的，而格波只在晶体中传播，意味着声子不能脱离固体而单独存在。

这次的实验在排除了传统的三种热传递方式之后观察到的新现象，虽然说被翻译为“真空声子传热”，但是这里的声子意义显然与固体物理中的声子不同，因为声子需要依靠介质存在，但是实验在真空中进行，并没有声子所需要的介质。这个实验大概是一种类似卡西米尔效应一样的过程，依靠量子涨落完成了热交换。短暂的量子涨落如果可以产生一定的类似于“力”的效应，就可以在没有热辐射的情况下仍然传递热量。感觉这个实验还是很有意思的，不过自己不是相关方向的研究人员，对于具体的细节也不是特别了解，希望相关方向的知友能对这个实验的成果做一个更加详细和具体的阐述。

参考

1. ^Phonon heat transfer across a vacuum through quantum fluctuations https://www.researchgate.net/publication/337905233_Phonon_heat_transfer_across_a_vacuum_through_quantum_fluctuations
2. ^ 《固体物理学》黄昆