Як показав експеримент, квантові коливання дозволяють здійснювати теплообмін у вакуумі.
Фізики виявили, що дві крихітні вібруючі мембрани можуть вирівнювати свої температури, незважаючи на те, що між ними знаходиться вакуум, через який, як вважалося раніше, неможливо передавати тепло без допомоги випромінювання. Даний тип теплопередачі був передбачений, але досі не здійснювався.
Вакуум є кращим теплоізоляційним середовищем. Але квантова механіка дозволяє теплу його подолати, каже фізик Кінг Ян Фонг, який проводив дослідження в Каліфорнійському університеті в Берклі. Для відстаней в масштабі нанометрів тепло може передаватися через вакуум за допомогою квантових флуктуацій - свого роду перемішування перехідних частинок і полів, яке відбувається навіть в абсолютно порожньому просторі.
Виготовлені із золоченого нітриду кремнію, мембрани мають ширину близько 300 мікрометрів. Дослідники охолодили одну мембрану і нагріли іншу так, що різниця їх температур склала близько 25 градусів Цельсія. Це викликало вібрацію мембран: чим тепліше мембрана, тим енергійніше вона вібрує. Коли мембрани знаходилися в декількох сотнях нанометрів один від одного, їх температури, незважаючи на вакуум, вирівнювалися - тепло передавалося від однієї до іншої.
Тепло передається трьома способами: в результаті прямого контакту, конвекції і випромінювання. Для конвекції необхідний теплоносій - рідина або газ, які виступають у ролі посередника між двома тілами. Передача тепла за допомогою випромінювання можлива і у вакуумі - так Сонце гріє Землю.
Тепер експериментально був доведений ще один шлях передачі тепла, хоча він здійснюється тільки на дуже малих відстанях. Дана передача тепла заснована на ефекті Казимира: квантові флуктуації створюють силу тяжіння між двома поверхнями, розділеними вакуумом. У квантовій механіці порожній простір ніколи не може бути по-справжньому порожнім: у ньому присутні електромагнітні хвилі, які можуть впливати на матеріали. В описаному експерименті дві мембрани впливали один на одного: вібрації більш гарячої змушували вібрувати більш холодну мембрану частіше, через що їх вібрації і температури вирівнялися.
Цей новий тип теплопередачі може допомогти поліпшити характеристики нанорозмірних пристроїв. А тепло - це велика проблема в нанотехнологіях: продуктивність крихітних мікросхем багато в чому залежить від того, з якою швидкістю вони здатні розсіювати тепло.