據近日英國(guo)《新科學家(jia)(jia)》雜志報道，美國(guo)科學家(jia)(jia)使用(yong)一個碳納米管(guan)制造出了世(shi)界上最小的白熾燈(deng)，燈(deng)絲長1.4微米、寬13納米。
美(mei)國加州大學的(de)克(ke)瑞斯?里根團隊，將一個(ge)鈀(ba)和(he)金電極分(fen)別黏附于碳納(na)米(mi)管(guan)的(de)兩端，碳納(na)米(mi)管(guan)則穿過一個(ge)硅芯片上的(de)細小的(de)洞，被(bei)置于真空中(zhong)。當(dang)電流通(tong)過碳納(na)米(mi)管(guan)時，碳納(na)米(mi)管(guan)被(bei)加熱并且開(kai)始發光(guang)，每秒釋放出(chu)幾百萬個(ge)光(guang)子(zi)(zi)，其中(zhong)的(de)幾千個(ge)光(guang)子(zi)(zi)進(jin)入眼睛。里根說：“這樣，我們很(hen)(hen)容易(yi)看到光(guang)線，人眼對單(dan)個(ge)光(guang)子(zi)(zi)很(hen)(hen)敏感，但這個(ge)燈不太適合用(yong)來看書。”
科(ke)學(xue)家制(zhi)造出這個(ge)世(shi)界(jie)上最小的(de)白熾(chi)燈，主要用它來(lai)作為一(yi)個(ge)“橋梁”———溝通物理學(xue)中的(de)熱力(li)學(xue)理論(lun)和量(liang)子力(li)學(xue)理論(lun)之(zhi)間的(de)不兼(jian)容。
熱(re)力(li)(li)學(xue)第二定(ding)律稱，熵(shang)(shang)隨著時間(jian)而增(zeng)加(jia)，但是(shi)，在量子(zi)(zi)力(li)(li)學(xue)中(zhong)，時間(jian)并不是(shi)單向的，無論(lun)(lun)你前后移動(dong)，都不會增(zeng)加(jia)熵(shang)(shang)。那么，如何(he)從量子(zi)(zi)力(li)(li)學(xue)理論(lun)(lun)過渡(du)到熱(re)力(li)(li)學(xue)理論(lun)(lun)呢?
里根指出：“這個(ge)碳納米管燈絲可(ke)以(yi)(yi)用來(lai)解釋這一點。它足(zu)夠大(da)，可(ke)以(yi)(yi)應用熱力學的法(fa)則(ze)。但它又(you)足(zu)夠小，人們可(ke)以(yi)(yi)將其看作(zuo)一個(ge)分子或者一個(ge)量子力學系統。”
該團(tuan)隊(dui)使(shi)用它來(lai)驗證“普(pu)朗(lang)克(ke)黑體輻射定律”，該定律于一個世紀前提出，通過假設不同的(de)物(wu)體都可(ke)以釋放出能量來(lai)計算一個物(wu)體可(ke)以釋放出多少光線。100多年來(lai)，普(pu)朗(lang)克(ke)的(de)假設支撐了量子力學的(de)發(fa)展。
普朗克黑(hei)(hei)體(ti)輻射(she)定律(lv)假設一(yi)個(ge)黑(hei)(hei)體(ti)（黑(hei)(hei)體(ti)是一(yi)種理想化的輻射(she)體(ti)，它吸(xi)收所有波長的輻射(she)能量，沒有能量的反射(she)和透過(guo)）釋(shi)放出(chu)的熱(re)輻射(she)可(ke)能是隨機(ji)的。例如(ru)，一(yi)個(ge)熱(re)的白熾燈釋(shi)放出(chu)許多不(bu)同(tong)顏色(se)的光(guang)子(zi)，這些光(guang)子(zi)組合在一(yi)起(qi)形成了(le)白光(guang)。
但是，因為這(zhe)個(ge)(ge)(ge)碳(tan)納米管燈(deng)絲能(neng)(neng)夠被看作(zuo)一個(ge)(ge)(ge)量子力學(xue)系統，里根認為，它可能(neng)(neng)并(bing)不會遵守(shou)這(zhe)個(ge)(ge)(ge)法則———與(yu)更大的(de)燈(deng)絲相(xiang)比，它所釋放(fang)的(de)光子可能(neng)(neng)并(bing)非那(nei)么隨意。
里根說：“量(liang)子(zi)力學應用(yong)于(yu)具有非(fei)常少的(de)(de)粒子(zi)的(de)(de)系統;熱(re)力學則應用(yong)于(yu)非(fei)常大的(de)(de)粒子(zi)。我們還沒(mei)有一個理論(lun)可以應用(yong)于(yu)中間區(qu)域，這個燈泡(pao)給(gei)我們提供了機(ji)會(hui)。” |
