美用碳纳米管制造出世界最小白炽灯用于解释量子力学和经典物理学的差别

2009-5-8 11:51 发布者: 乏味阅读 1.5k 评论 0

据近日英国《新科学家》杂志报道，美国科学家使用一个碳纳米管制造出了世界上最小的白炽灯，灯丝长1.4微米、宽13纳米。

据近日英国《新科学家》杂志报道，美国科学家使用一个碳纳米管制造出了世界上最小的白炽灯，灯丝长1.4微米、宽13纳米。

美国加州大学的克瑞斯?里根团队，将一个钯和金电极分别黏附于碳纳米管的两端，碳纳米管则穿过一个硅芯片上的细小的洞，被置于真空中。当电流通过碳纳米管时，碳纳米管被加热并且开始发光，每秒释放出几百万个光子，其中的几千个光子进入眼睛。里根说：“这样，我们很容易看到光线，人眼对单个光子很敏感，但这个灯不太适合用来看书。”

科学家制造出这个世界上最小的白炽灯，主要用它来作为一个“桥梁”———沟通物理学中的热力学理论和量子力学理论之间的不兼容。

热力学第二定律称，熵随着时间而增加，但是，在量子力学中，时间并不是单向的，无论你前后移动，都不会增加熵。那么，如何从量子力学理论过渡到热力学理论呢？

里根指出：“这个碳纳米管灯丝可以用来解释这一点。它足够大，可以应用热力学的法则。但它又足够小，人们可以将其看作一个分子或者一个量子力学系统。”

该团队使用它来验证“普朗克黑体辐射定律”，该定律于一个世纪前提出，通过假设不同的物体都可以释放出能量来计算一个物体可以释放出多少光线。100多年来，普朗克的假设支撑了量子力学的发展。

普朗克黑体辐射定律假设一个黑体（黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过）释放出的热辐射可能是随机的。例如，一个热的白炽灯释放出许多不同颜色的光子，这些光子组合在一起形成了白光。

但是，因为这个碳纳米管灯丝能够被看作一个量子力学系统，里根认为，它可能并不会遵守这个法则———与更大的灯丝相比，它所释放的光子可能并非那么随意。

里根说：“量子力学应用于具有非常少的粒子的系统；热力学则应用于非常大的粒子。我们还没有一个理论可以应用于中间区域，这个灯泡给我们提供了机会。”