淮南之窗

Blockbuster突破:探索如何使用量子力学来锁定热!

探索如何利用量子力学锁定热量!新加坡国立大学(nus)科学家的一项开创性研究揭示了一种利用量子力学波理论将热量固定在固定位置的方法。通...

探索如何利用量子力学锁定热量!新加坡国立大学(nus)科学家的一项开创性研究揭示了一种利用量子力学波理论将热量固定在固定位置的方法。通常情况下,热源会通过导电材料扩散,直到它们消散为止,但新加坡国立大学工程学院电子与计算机工程系副教授邱成伟(cheng-weiqiu,音译)和该团队利用反时间对称性(apt)原理证明,可以将热量限制在金属环的一小块区域,而不会随着时间的推移而扩散。

锁定热传播

在未来,这种新发现的现象可以用来控制复杂的热扩散,优化需要冷却的系统的效率,其研究成果发表在科学杂志上。设想一滴墨水在流动的溪流中流动。过一段短时间,你会看到墨水沿着流动的方向扩散和流动。现在想象一下,如果水滴与周围的水保持相同的大小和位置。事实上,这是通过传热实验进行研究的结果。这项研究的实验装置是两个相对旋转的金属环,中间有一层薄薄的油脂。

环的旋转运动就像场景中的小溪。利用APT对称原理,将旋转环与反旋转环耦合,使系统中某一点的热注入时,能将热能保持在一定的位置。为了使实验成功,实验条件相当准确。根据量子力学的理论,你可以计算出环所需的速度。如果速度太慢或太快,这种情况就会被打破。当这些条件被打破时,系统将像往常一样工作,当环旋转时,热量将向前传递。

逆流而上,不违背物理定律。

APT对称原理在热系统中的应用完全偏离了当前的研究流派。这与当前流行的研究主题有很大不同。在这一领域,许多研究团队正在研究等效时间(pt)对称设置,其中几乎大部分是波动力学。这是第一次有人走出波场,并证明适当的对称性适合于热等扩散系统。阿索克·丘教授说,热量显示出移动金属内部的一个固定区域,这似乎有违直觉。在研究之前,人们实际上认为它是一个受限区域。

但团队可以解释这一切。事实上,邱教授和他们的团队之所以能够控制热量,是因为他们巧妙的实验装置引入了额外的自由度-为了使适当的对称性在系统中变得重要,环的旋转必须有一些损益元素-它们需要得到平衡。在传统的热扩散系统中,由于缺乏自由得失,适当的对称性并不重要,因此机械旋转是关键因素。

潜在的应用和下一步

许多现代技术需要有效的散热,以及发动机等机械设备的高效冷却,以及计算和电子元件的冷却。目前,大多数技术通过稳定的液体流动冷却,并通过卷积带走热量。这项实验表明,在确定这些系统的流量和设计时,需要更加小心。虽然实验装置包含一个反向旋转金属环,但同样的原理也适用于其他通量装置。

人们的感觉是血液循环只会带走卡路里,但并不总是那么简单。接下来,研究小组希望扩大目前安装在厘米内的实验,因此研究小组希望将实验扩大到电机或传动系统的真实尺寸。齿轮系统通常有类似的反旋转机制,这会产生热量,因此也希望这一理论能够更有效地散热。