Khaosod
Online

วันพุธ ที่ 3 มิ.ย. 2563

ปรากฏการณ์ควอนตัมนำความร้อน "กระโดด" ข้ามช่องว่างสุญญากาศ

21 ธ.ค. 2562 - 23:17 น.

ปรากฏการณ์ควอนตัมนำความร้อน "กระโดด" ข้ามช่องว่างสุญญากาศ - BBCไทย

การค้นพบใหม่ ๆ ทางฟิสิกส์ อาจทำให้ตำราเรียนระดับพื้นฐานต้องมีการปรับปรุงเนื้อหาใหม่กันอีกครั้ง โดยล่าสุดนักวิจัยด้านวิศวกรรมศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย วิทยาเขตเบิร์กลีย์ (UC Berkeley) ของสหรัฐฯ พบว่าปรากฏการณ์ทางควอนตัมบางอย่าง สามารถฉีกกฎเกณฑ์ในเรื่องการถ่ายเทความร้อน ที่บรรดานักเรียนนักศึกษาเคยท่องจำกันมาลงได้อย่างสิ้นเชิง

ตามปกติแล้ว การถ่ายเทความร้อน (Heat transfer) ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดก็ตาม จะต้องอาศัยตัวกลางคือการสั่นของอะตอมหรือโมเลกุลต่าง ๆ เสมอ เว้นแต่การแผ่รังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์ ซึ่งสามารถเดินทางผ่านห้วงอวกาศที่ไม่มีตัวกลางและเป็นสุญญากาศได้

แต่การทดลองที่วิศวกรของ UC Berkeley จัดทำขึ้นล่าสุด ทำให้แผ่นเยื่อซิลิคอนไนไตรด์เคลือบด้วยทองบาง ๆ 2 แผ่น ซึ่งตั้งอยู่ห่างกันราว 200-300 นาโนเมตร โดยมีช่องว่างสุญญากาศคั่นกลาง สามารถจะส่งผ่านความร้อนถึงกันได้ โดยเมื่อให้ความร้อนกับแผ่นซิลิคอนไนไตรด์แผ่นหนึ่ง อีกแผ่นหนึ่งก็จะร้อนขึ้นด้วยเช่นกัน เปรียบเสมือนว่าพลังงานความร้อน "กระโดด" ข้ามช่องว่างสุญญากาศเล็ก ๆ นั้นไปได้เอง

UC BERKELEY
แผนภาพแสดงการถ่ายเทความร้อนผ่านช่องว่างสุญญากาศที่มีความผันผวนทางควอนตัมอยู่

สิ่งที่เกิดขึ้นตรงข้ามกับหลักการของฉนวนกันความร้อนที่พบเห็นกันอยู่ในชีวิตประจำวัน เช่นการที่กระติกน้ำร้อนสามารถเก็บความร้อนไว้ได้นาน เพราะมีช่องว่างสุญญากาศห่อหุ้มอยู่โดยรอบ ทำให้ความร้อนไม่ถ่ายเทออกไปภายนอก

ศาสตราจารย์ จาง เซี่ยง ผู้นำทีมวิจัยอธิบายว่า การที่พลังงานความร้อนถูกส่งผ่านช่องว่างสุญญากาศไปได้นั้น เพราะอาศัยปรากฏการณ์ทางควอนตัมที่เรียกว่า "ปรากฎการณ์คาซิมีร์" (Casimir effect)

"ที่ว่างหรือภาวะสุญญากาศที่เราเห็นนั้น ไม่ได้ว่างเปล่าอย่างแท้จริง แต่เต็มไปด้วยความผันผวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดเล็กมากที่เกิดขึ้นและผันแปรไปอย่างรวดเร็วตลอดเวลา ซึ่งปรากฎการณ์ทางควอนตัมนี้สามารถมีอิทธิพลต่อวัตถุที่อยู่รอบข้างได้ โดยเคยมีการประยุกต์ใช้เพื่อขยับอนุภาคระดับนาโนในสุญญากาศได้มาแล้ว"

UC BERKELEY
ตู้สุญญากาศที่ใช้ในการทดลอง

"เราพบว่าโฟนอน (Phonon) หรือการสั่นของอะตอมที่มีลักษณะเสมือนอนุภาคตัวกลางนำความร้อน สามารถจะถ่ายเทข้ามช่องว่างสุญญากาศไปได้ ด้วยกระแสความผันผวนทางควอนตัมที่มองไม่เห็นนี้เอง"

แม้การทดลองครั้งนี้จะเป็นการส่งผ่านพลังงานความร้อนข้ามช่องว่างสุญญากาศที่เล็กจิ๋ว แต่ก็เป็นความสำเร็จที่เพียงพอจะนำไปประยุกต์ใช้จัดการระบบไหลเวียนความร้อนของควอนตัมคอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กมากซึ่งจะพัฒนาขึ้นในอนาคต

line-qr

เกาะติดข่าวสำคัญ

กดติดตาม "ข่าวสด"

single-line

ติดตามข่าวสด


ข่าวเด่นประจำวัน













ภาพที่



อัลบั้มภาพ ปรากฏการณ์ควอนตัมนำความร้อน "กระโดด" ข้ามช่องว่างสุญญากาศ
ข่าวที่เกี่ยวข้อง