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【量子物理学】不思議な量子効果によって真空でも熱が伝わることが判明[12/17]


1 ：2019/12/19 ～ 最終レス ：2020/03/18
2019.12.17
https://vaience.com/physics/20191217-empty-vacuum-thanks-to-a-weird-quantum-effect/

量子物理学がまたもや古典物理学を覆しました。今回は、熱が伝わるのに通常は必要となる原子や分子がまったく存在しない、真空を熱が移動できることが量子物理学的見地から実証されました。
https://vaience.com/wp-content/uploads/2019/12/light-567757_1280-1024x722.jpg

この調査は、カシミール効果として知られている量子の不思議な性質の一部を活用したものです。真空は実際には空っぽではなく、周りの物体に干渉する可能性のある小さな電磁気のゆらぎで満ちているのです。

カシミール効果によってどのようにナノ粒子が真空の中を移動し、2つの物体が近づくのかということは、これまでに実験で明らかにされています。今回の最新調査では、熱の伝導においてどのようにカシミール効果が作用するのかを実証しています。
https://vaience.com/wp-content/uploads/2019/12/quantum-heat-2.jpg

この発見は、ナノスケールの電子部品の設計ばかりでなく量子コンピュータの設計にさえ、影響する可能性があります。つまり、私たちの使うコンピュータのデバイスが小型化する風潮の中で、熱が最小スケールを伝わるための管理ができるようになるということです。

「熱は普通、原子や分子、あるいはフォノンと呼ばれている物の振動を通して個体の中を伝わります。けれども、真空には物理的な媒質がありません」とカリフォルニア大学バークレー校の機械工学士、張翔（Xiang Zhang）氏は言っています。

「ですから、長い間、フォノンは真空を移動できないと教科書には書かれていました。驚くべきことに、私たちが発見したのは、フォノンは目に見えない量子のゆらぎによって真空を実際に渡って行くということだったのです」

このことは、真空の実験室の中で数百ナノメートル離して置かれた2枚の金めっきされた窒化ケイ素膜を使って実証されました。2枚の膜の間の空間には無視できるほどごく少量の光エネルギー以外、完全に何もないという条件で、片方の膜を加熱すると、もう一方の膜も熱くなったのです。

これより大きなスケールでは同様の結果になりません。熱は隙間を容易に渡って行けないという、この原理を利用しているのが魔法瓶です。魔法瓶の中の真空の層があなたの飲むコーヒーを保温します。しかし、最小のスケールでは異なる現象が起こり、その意義は計り知れません。

この実験に関することは膜の温度管理から実験室の徹底した防塵まで、すべて、細心の注意を払って設定され、管理される必要がありました。
https://vaience.com/wp-content/uploads/2019/12/quantum-heat-1.jpg

熱が移動する間隔は非常に狭いとは言え、熱を伝える他の要因（たとえば、太陽が真空の空間を通って地球を温めるような電磁放射によるエネルギー）を排除するのには、相対的に言って、充分な距離でした。

この調査を手掛けた研究者たちはさらなる進展を見込んでいます。熱が真空を移動できるのなら、音も伝わる可能性が考えられます。結局は、どちらも移動するのに分子の振動に頼っているからです。

それを証明するには別の実験を待たなくてはなりません。差しあたっては、研究チームは、未来のコンピュータや電子機器の内部の熱流を管理するためにこの特殊な量子効果を利用する方法を調べています。

「今まで知られていなかった熱伝導のしくみを発見したことで、ナノスケールでの温度管理を可能にする空前の機会を切り開きました。このような温度管理法はコンピュータの高速計算やデータ記憶に重要なものです」とスタンフォード大学の機械工学士リー・ハオクン（Hao-Kun Li）氏は述べています。

これによって、集積回路内の熱を取り除くために量子真空を利用できるようになりました。

reference: sciencealert
https://www.sciencealert.com/heat-energy-has-leapt-across-an-empty-vacuum-thanks-to-a-weird-quantum-effect

2 ：
佐野量子

3 ：
武豊　すげー

4 ：
そうそうそのうち宇宙戦艦ヤマトの
爆発して宇宙空間で音がでるとか煙がでるとかも量子力学で説明がつくように

5 ：
輻射熱との違いを説明してくれ

6 ：
宇宙空間で活動するアニメのロボに放熱板あるのが後付け立証された？

7 ：
http://www.94d.tarpat.com/1576591961

8 ：
「真空」という言葉は不適当。「基底空間」とか「デフォルト空間」とかにしよう。

9 ：
さ～の

10 ：
つ赤外線

11 ：
空気等の物質が存在しなくても例えば赤外線等のエネルギーを持った光子等の素粒子が存在していれば熱は伝わる。
>>1は光子も存在しない絶対零度の真空で熱が発生するということか？
しかし仮に光子等の素粒子を完全に締め出すことが可能だとしても、
量子力学的には真空も何も無いのではなく、ディラックの海のようにそれすらも粒子のビッシリ詰まった状態と考えることが出来るわけだからな。

12 ：
真空中を電磁波が伝わるのは当たり前だろ、熱も電磁波だから。

13 ：
>>5
輻射熱は電磁波によるもの。つまりフォトン。
この記事はフォノン、つまり振動子による熱の移動を言っている。

14 ：
粒子が動いているということはそこに熱が存在しているということだ。
つまり熱＝エネルギーだからだ。

15 ：
磁気が伝わるだろ

電磁力学的にエネルギーを交換できるから変圧できるわけで

16 ：
不確定性原理が基本にある。完全な静止は存在しないから。

17 ：
SF映画での宇宙船の戦闘場面で音がするのはおかしいと思ってきた。
真空では音は伝わらないはずだと。
しかし、この実験によれば音がしてもよいのかも知れない。

18 ：
フランクの黒体放射とどう違う？

19 ：
>>17
距離がナノメートルオーダーならってことを忘れないでね

20 ：
アポロ11号が建てた星条旗がはためくのも量子効果だろな

21 ：
当たり前だろって思ったけど、トンネル効果でなくてカシミール効果なのか

22 ：
知ってた
ソースは俺と嫁
夜はいつもぬくぬく

23 ：
赤外線とかじゃねえの？間は真空でも太陽からの熱もらってんだろｗ　もう少しわかり
やすく説明できんのか？

24 ：
１＋２＋３＋４＋…＝－１／１２ってやつ？

25 ：
>>23
フォトンとフォノンの違いだってば。

26 ：
>>23
古典的な範囲では熱の移動は、
接触熱（格子振動）、対流熱、輻射熱（電磁波）の３つしかない
真空中に限ると媒質がないので接触熱と対流熱は存在しない
つまり真空では輻射熱だけが熱を伝える
ところで、この記事で問題になっているのは量子現象
電磁波を粒としてみて量子化したものはフォトンと呼ばれる
格子振動を粒（準粒子）としてみた場合これはフォノンと呼ぶ
話を戻すと、真空中では古典的には接触熱の移動は存在しない
しかし、カシミール効果（真空でも量子の振動モードが存在するためにおこる量子現象）
があり、これによって今回フォノンが伝わるということがわかったんだと思った
説明があってるのかわからないけど・・・
このニュース地味に物理的には大きいことだと思う

27 ：
>>19
ナノもいっぱい並べたら
長くなるじゃんよ

28 ：
輻射の無い環境で熱伝導を検出したってことだな。

29 ：
これって伝わる速さは光速なのかな？

30 ：
>>1
すでに、現実では証明の必要もない状態
既知事実にしかほかならない！！
来年のイグノーベル賞もしくは韓国の国際科学技術脳ベル症の上行くを受賞候補かも！！

31 ：
＞真空は実際には空っぽではなく
答えじゃん

32 ：
>1の論文。要旨は無料、全文は有料
"Phonon heat transfer across a vacuum through quantum fluctuations"
King Yan Fong, Hao-Kun Li, Rongkuo Zhao, Sui Yang, Yuan Wang & Xiang Zhang
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1800-4
熱放射やvan der Waals力の変動では説明がつかない温度変化があったってことか。

33 ：
トンネル効果が媒体となる共鳴、みたいな？
しかしまあ、この世界の素粒子のプログラムはバグだらけだな
ちゃんとデバッグしてからビッグバンしろよな！

34 ：
1x10-33だろ
量子摂動の常識

35 ：
>>33
どんなバグがあるの？　ひとつでも挙げて。
重力との統合、ダークマター、ダークエネルギー以外は完璧に近いのでは？

36 ：
数百ナノメートルって結構距離あるね

37 ：
エーテルが充満してる

38 ：
>>8
いわゆる真空が「真」の「空」(から)じゃないことが
次第に明らかになってきたから
用語変えた方がいいかもね

39 ：
光と同じだろ

40 ：
真空は カラッポではなく
微分の 揺らぎ で出来てるのだね

"ゆらぎ" とゆう言葉は とてもキレイだわ
ゆらぎの中の、熱の移動か∼
熱の排除か

41 ：
>>33
共鳴とゆうか、結局は ｢摩擦｣でしょう？

だって ゆらぎ なんだもの
ソレが揺れたら 摩擦するんだし
摩擦熱

42 ：
量子力学嫌いなアインシュタイン「ぐぬぬ…」

43 ：
エーテル説

44 ：
量子ゆらぎとは、不確定性原理
⊿E・⊿t ≧ h/4π
だな。
短い時間(t)ならエネルギー(E)は大きくてもよい。

45 ：
やばい温暖化詐欺やろうどもの詐称行為がこれでわかっちゃったかも

46 ：
宇宙空間は無ではなく物質的特性のある有なんでしょ　なんら驚きを感じない

47 ：
その何故かわからないけど熱が間の何かによって伝わるって言うのなら
それは物質の可能性があるからそれをブラックぬりかべって俺は名付けた

48 ：
ディラックの海

49 ：
熱が生じるのは電磁波が物質に衝突したときだろ？
真空とか関係ないんじゃね？

むしろ電磁波が減衰する要因がない真空ならエネルギーは保存されたままなんじゃねーの？
量子なんて関係あるのか？

50 ：
>>49
まあ十分に温度を下げておけば、輻射熱は無視できるだろうから、それ以外の熱の伝達機構が働いたことはわかるな

51 ：
>>13
どうやって防ぐ？

52 ：
>>1
なるほど、敵のビームは赤くて味方のビームは青いという謎が今解けた。

53 ：
人間が考えるとおりに宇宙は振舞ってる
これはやはり何かおかしい

54 ：
電磁波？
単に電磁波ならつたわるだろ？
なぜにこんなまわりくどい書き方なんだ

55 ：
重大な何かを見落としてるな

56 ：
さなはなやらかあまなか

57 ：
ビッグバンの引き金見つかったんじゃないの？
もうなんでもありだな量子力学

58 ：
「俺の宇宙では鳴るんだよ」

59 ：
道理で魔法瓶が冷めると思った

60 ：
＞真空は実際には空っぽではなく、周りの物体に干渉する可能性のある小さな電磁気のゆらぎで満ちているのです。

なるへそ。

61 ：
真空でも赤外線は伝播するんだが？？？　何故に量子効果という結論にになるんや？？？

62 ：
>>61
定量的って言葉知ってる？

63 ：
小さな電磁気の揺らぎが
宇宙いっぱいに満たされているって事か

64 ：
太陽は地球までの真空を熱を伝えているのでは？

65 ：
>>64
自分もそれ思った
お利口な人、教えて

66 ：
>>64
マジで？そんなとこから？ww
自分も教えてほしい…

67 ：
魔法瓶「マジかよ！自分でもおかしいと思ってたんだ、今度からちゃんと冷めよーっと！」

68 ：
>>6
もともと放射で可能だから
これはそれとの違いや存在を書いてないのでやや不親切というか説明不足というか

69 ：
>>35
あらゆる物質を結晶化させるストレンジクォークとかな
突然いれ替わる観測者並みには奇妙な話しだ

70 ：
魔法瓶は真空だから暖かいまま保温できると説明されたが冷えちゃったよな
なるほど量子力学のせいなのか

71 ：
ナノスケールで熱が伝わるなら、帰納法で無限に熱が伝わるだろJK

72 ：
>>41
流れ星は断熱圧縮なんだっけか
光がもつ粒子としての振る舞いのこと、フォトンとするなら波長としても疎の方向へ熱となって減衰するから近くね意味

73 ：
太陽と地球の間は空気で満たされてたのか？
真空で熱が伝わらないって…

74 ：
太陽から真空宇宙空間を通って地球に熱が来てるだろ
光子は真空を通る熱物質なんだよ、禿げが

75 ：
>>71
フォノン（音子）一つのエネルギーに下限があって
遠いとそれを励起できなくなる
光をどんどん弱くしていくと最後はフォトン（光子）一つになって
それよりも弱い光は作れないのと同様

76 ：
相変わらず前提条件からわからんｗ　何がすごいのかさっぱりわからん

77 ：
真空って 量子が飛び交っていても 真空なの
光、電波が飛び交うなら分かるけど

78 ：
トンネル効果の熱バージョンみたいな話？

79 ：
光子も素粒子なのだよね。
物質とはいえないエネルギーなのかな。
その偏りをどのように理解するかと言うことかな。

80 ：
>>32
それ書かないと、全く意味の分からない記事だな

81 ：
核融合炉での熱を閉じ込めることが難しい理由？

82 ：
>>1
量子もつれは伝わるとか言わないよ
伝わるのは相対論の世界の原理で粒子位置が干渉する原理だろ。
もつれて時間差なく減衰せずに波がというのは伝わるとはいわない。

83 ：
>>11
>>1くらい読めや

84 ：
調べたいもの（今回は量子ゆらぎ）以外のものがゼロにならないと
調べたいものの有無がわからないだろ？と思ってしまう人が目立つね。
01 デジタル思考か。
調べたいものによる寄与とそれ以外のものの寄与が併存していても、
それらの性質の違いについて知見があれば、
調べたい寄与の有無がわかることもある、
ということに親しんでいないからか

85 ：
>>12,15,61,64,73
場の量子論の成功以降の物理学においては、
質量をもつ粒子がないだけではなく
光子や重力子（未発見）なども存在しない場合を真空という

日常生活や工業的な場面で使われる真空とはやや意味が違う

86 ：
　


電子って熱を媒介するんでしょ？

量子効果が発現するような距離なら当然に感じるけど。


　

87 ：
月にいる人間に気を飛ばしてみた
相手は気功師、気を受け取った

どうだ

88 ：
輻射熱は真空でも伝わるのでは
なぜ分子がないと熱が伝わらないと思ったのか

89 ：
太陽からどうやって熱もらってるんだよ馬鹿か

90 ：
太陽「」

91 ：
赤外線かと思ったが

92 ：
真空で熱が伝わるわけねぇじゃん
もしや在日か？！

93 ：
>>64
太陽から出る赤外線が地球上の物質に衝突して熱が発生してるんじゃないのかな
熱自体が真空を伝わってるのではない・・・と思う

94 ：
魔法瓶はやはり魔法を使ってるんだ…

95 ：
　真空中だろうが、普通に放射で伝わるんじゃ無かったっけ？

96 ：
みんなちゃんと>>1読もうぜ
放射による熱の移動もあるが無視できるほど小さいと書いてる

97 ：
真空中で0.1ミクロン離れた物質の片方を温めればもう片方も輻射で温かくなるだろうが。

98 ：
これがスピーカとマイクだったら成程、てなるが

99 ：
>>97
金メッキして伝わりにくくしてるんじゃない？
記事で言及してるんだしそこは計算してるでしょ流石に

100 ：
>>1
ナノ粒子って何？
素粒子の事？

真空でも熱伝導するのは当たり前じゃないの？
じゃなきゃ太陽熱は地球に伝わってこないだろ？


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