萬(wàn)有引力 / 艾薩克·牛頓
有研究證明了熱量以波的形式在石墨中傳播，而在其他3D介質(zhì)中確實(shí)通過(guò)加速原子運動(dòng)傳播。在3D介質(zhì)中，這些震動(dòng)的原子的集體狀態(tài)稱(chēng)為聲子或振動(dòng)量子(phonons)。
來(lái)自美國俄亥俄州立大學(xué)(OSU)的研究人員首次發(fā)現，聲學(xué)聲子(acoutic phonons)能夠控制熱輻射和聲波。反過(guò)來(lái)說(shuō)，熱輻射和聲波具有磁性，因此能夠通過(guò)磁場(chǎng)控制熱輻射和聲波(原文描述是磁體能夠控制熱輻射和聲波)。
(# 固體一般含有兩種原子，這兩種分布是聲學(xué)聲子/acoustic phonons 和光學(xué)聲子/optical phonons。聲學(xué)聲子描述原子相對于原子晶格進(jìn)行運動(dòng)，結構基元內部的個(gè)原子相對位置是不變的。而光學(xué)聲子運動(dòng)時(shí)，會(huì )交換到對方的晶格中。 )
該發(fā)現發(fā)表在《Nature Materials》雜志中，來(lái)自俄亥俄州立大學(xué)的研究人員Joseph Heremans和他的團隊，通過(guò)一個(gè)醫用核磁共振成像設備(MRI)產(chǎn)生的磁場(chǎng)對一個(gè)半導體進(jìn)行處理，使得通過(guò)該半導體的熱輻射降低了12%左右。該現象表明，聲學(xué)聲子--熱輻射和聲波的基本粒子--具有磁性。
“這為我們對聲波研究打開(kāi)了一個(gè)新層面”，Joseph Heremans說(shuō)道，“我們已經(jīng)證明，通過(guò)磁場(chǎng)能夠操縱熱輻射；如果磁場(chǎng)足夠強大，我們還能操控聲波！”
人們可能會(huì )不清楚熱輻射和聲波之間有啥關(guān)系，它們跟磁場(chǎng)又有什么關(guān)系？但是，在量子力學(xué)中，這兩者都能夠用能量形式來(lái)描述。因此，如果能夠通過(guò)磁場(chǎng)控制其中的一個(gè)，也就能同樣控制另一個(gè)。
本質(zhì)上說(shuō)，熱是原子的運動(dòng)，熱量在介質(zhì)中的傳遞也是通過(guò)不同介質(zhì)中的原子運動(dòng)進(jìn)行的。原子運動(dòng)越劇烈，介質(zhì)的熱量越高；原子的運動(dòng)會(huì )影響周?chē)脑舆\動(dòng)，熱量就會(huì )傳遞。
聲波也是依靠原子震動(dòng)傳播的，我們說(shuō)話(huà)時(shí)，聲帶會(huì )壓縮空氣，造成的震動(dòng)，并且傳播到對方的耳中，耳朵接收到這種震動(dòng)，獲取聲音。
聲子(Phonon)與光子(photon)比較相似，研究人員把它們看作是表兄弟：光子是光粒子；而聲子時(shí)熱和聲音的粒子。自從愛(ài)因斯坦發(fā)現光電效應以來(lái)，光子的研究持續了100多年。聲子的關(guān)注卻不那么多，因此大家對聲子、以及熱和聲波之間的關(guān)系沒(méi)有光子那么熟悉。
該研究表明，聲子具有磁性。同時(shí)研究者認為，該屬性普遍存在于任何固體中。該發(fā)現的意義在于：任何材料，如玻璃、石頭、塑料，以往被認為是不具有磁性，也無(wú)法通過(guò)磁場(chǎng)控制的材料，并非是不具有磁性，而已因為沒(méi)有足夠大的磁場(chǎng)能夠對他們產(chǎn)生效果。同樣在一些金屬中，由于絕大多數的熱量通過(guò)電子攜帶，因此相對于聲子所能攜帶的熱量就被忽略，這些金屬也被認為是不具有磁性的。
這也從側面表明了該觀(guān)察實(shí)驗的設計難度。為了測量在極端低溫下的熱量變化，他們用于各銻化銦半導體制作了一個(gè)非對稱(chēng)音叉，音叉的兩個(gè)叉臂分別為1mm和4mm寬。通過(guò)音叉底部進(jìn)行加熱。
由于半導體在低溫下的怪異特性(超導)，通常情況下，熱傳遞的能力只取決于介質(zhì)的原子類(lèi)型。另外，較大的截面的原子數量更多，熱傳遞更快，因此在音叉中，叉臂寬的一側會(huì )傳遞更多的熱量。這很好解釋?zhuān)拖駥捖返能?chē)流量更大。
通過(guò)比較在有磁場(chǎng)和沒(méi)有磁場(chǎng)兩種情況下，兩個(gè)叉臂的溫度變化，就能得到前面的結論。測試表明，在加入磁場(chǎng)之后，寬叉臂的熱量降低了約12%。
目前，研究人員正在量化磁場(chǎng)和熱損耗之間的關(guān)系，并希望在將來(lái)是否能夠在實(shí)驗中用磁場(chǎng)干擾聲波。
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