冬天到了，你的保温杯还在手边了吗？以前学过的物理知识让我们懂得，因为保温杯中间是真空夹层，没有传递介质，空气不流通，能有效抑制热传导的发生，所以可以保持饮品的温度。

但加州大学伯克利分校的研究人员进行的一项新研究颠覆了我们许多人在高中物理中学到的关于热传递的知识。这项研究发表在本周的《自然》杂志上，该研究表明，由于一种名为卡西米尔相互作用的量子力学现象，热能可以跨越几百纳米的真空。

注解：

卡西米尔效应（英语：Casimir effect）是由荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔（Hendrik Casimir）于1948年提出的一种现象，此效应随后被侦测到，并以卡西米尔为名以纪念他。其根据量子场论的“真空不空”观念——即使没有物质存在的真空仍有能量涨落，而提出此效应：真空中两片中性（不带电）的金属板会出现吸力；这在经典理论中是不会出现的现象。这种效应只有在两物体的距离非常之小时才可以被检测到。例如，在亚微米尺度上，该效应导致的吸引力成为中性导体之间主要作用力。事实上在10纳米间隙上（大概是一个原子尺度的100倍），卡西米尔效应能产生1个大气压的压力（101.3千帕）。一对中性原子之间的范德瓦耳斯力是一种类似的效应。

虽然卡西米尔效应在很短的距离范围才有显著性，但这足以对计算机晶片和其他在设计上以散热为关键考虑的纳米级电子元件产生深远的影响，更不用说对经典物理学知识的颠覆。

实验中，张翔教授的团队在一个真空密室中，把两片镀金氮化矽膜，分开放置于相距数百纳米的位置。两个膜中间没有任何连接，之间几乎没有光穿透，但当加热其中一个膜时，另一个的温度也会变热。通过仔细选择膜的尺寸和设计，可以在真空中将热能传导数百纳米。

在一个真空环境中，分子振动可以在空间中传导，这看似不可能的情况竟然发生了，因为根据量子力学，真空一点也不空，它实际上是充满了量子能量和粒子，在一转眼间闪烁地出现和消失。这些奇怪的讯号，被称为量子波动。而这些波动会产生一种力，把两个物体连接在一起，这就是卡西米尔效应。因此当一件物体受热并开始摇摆和振荡时，由于这些量子涨落，这些摇摆和振荡实际上可以通过真空传递给另一个物体。

注解：

在量子力学中，量子涨落（英语：quantum fluctuation，或量子真空涨落，真空涨落）是在空间任意位置对于能量的暂时变化。从维尔纳·海森堡的不确定性原理可以推导出这结论。

这意味着能量守恒定律好像被违反了，但是仅持续很短的时间。因此，在空间生成了由粒子和反粒子组成的虚粒子对。粒子对借取能量而生成，又在短时间内湮灭归还能量。这些产生的虚粒子的物理效应是可以被测量的，例如，电子的有效电荷与裸电荷不同。从量子电动力学的兰姆位移与卡西米尔效应，可以观测到这效应。

量子涨落对于宇宙大尺度结构的起源非常重要，可以解释宇宙为什么会出现超星系团、纤维状结构这一类结构的问题：根据宇宙暴胀理论，宇宙初期是均匀的，均匀宇宙存在的微小量子涨落在暴胀之后被放大到宇宙尺度，成为最早的星系结构的种子。

我们都知道，光可以在真空中传播，那么声音可以吗？经典物理学认为声音属于机械波，其本质是机械振动的传播，而机械振动依赖于介质。就像我们敲桌子时，这种振动会带动空气中的分子出现有规律的振动，由此声波会在空气中传播开来。如果没有介质，振动就无法传播，所以声音不能在真空中传播。

但今天我们发现了一种由量子真空涨落所形成，不需要介质的新真空传热模式，这一发现也预示了声音也可以通过真空传播。所以透过真空，你可以拨动琴弦，可以大声歌唱，而别人也可以听到。

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（责任编辑：黄新亮）

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