據(jù)近日英國《新科學(xué)家》雜志報道，美國科學(xué)家使用一個碳納米管制造出了世界上最小的白熾燈，燈絲長1.4微米、寬13納米。
美國加州大學(xué)的克瑞斯?里根團(tuán)隊(duì)，將一個鈀和金電極分別黏附于碳納米管的兩端，碳納米管則穿過一個硅芯片上的細(xì)小的洞，被置于真空中。當(dāng)電流通過碳納米管時，碳納米管被加熱并且開始發(fā)光，每秒釋放出幾百萬個光子，其中的幾千個光子進(jìn)入眼睛。里根說：“這樣，我們很容易看到光線，人眼對單個光子很敏感，但這個燈不太適合用來看書。”
科學(xué)家制造出這個世界上最小的白熾燈，主要用它來作為一個“橋梁”———溝通物理學(xué)中的熱力學(xué)理論和量子力學(xué)理論之間的不兼容。
熱力學(xué)第二定律稱，熵隨著時間而增加，但是，在量子力學(xué)中，時間并不是單向的，無論你前后移動，都不會增加熵。那么，如何從量子力學(xué)理論過渡到熱力學(xué)理論呢?
里根指出：“這個碳納米管燈絲可以用來解釋這一點(diǎn)。它足夠大，可以應(yīng)用熱力學(xué)的法則。但它又足夠小，人們可以將其看作一個分子或者一個量子力學(xué)系統(tǒng)。”
該團(tuán)隊(duì)使用它來驗(yàn)證“普朗克黑體輻射定律”，該定律于一個世紀(jì)前提出，通過假設(shè)不同的物體都可以釋放出能量來計算一個物體可以釋放出多少光線。100多年來，普朗克的假設(shè)支撐了量子力學(xué)的發(fā)展。
普朗克黑體輻射定律假設(shè)一個黑體（黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過）釋放出的熱輻射可能是隨機(jī)的。例如，一個熱的白熾燈釋放出許多不同顏色的光子，這些光子組合在一起形成了白光。
但是，因?yàn)檫@個碳納米管燈絲能夠被看作一個量子力學(xué)系統(tǒng)，里根認(rèn)為，它可能并不會遵守這個法則———與更大的燈絲相比，它所釋放的光子可能并非那么隨意。
里根說：“量子力學(xué)應(yīng)用于具有非常少的粒子的系統(tǒng);熱力學(xué)則應(yīng)用于非常大的粒子。我們還沒有一個理論可以應(yīng)用于中間區(qū)域，這個燈泡給我們提供了機(jī)會。” |
