Закон излучения Планка нарушается на нанометровых дистанциях

Абсолютно черное тело, напомним, представляет собой физическую абстракцию: оно обладает большей испускательной способностью, чем всякое реальное тело, имеющее ту же температуру.
В подавляющем большинстве случаев этот закон адекватно описывает реальность, однако даже сам Планк предполагал, что при расположении обменивающихся энергией объектов на минимальных расстояниях друг от друга он может нарушаться, сообщает "Компьюлента".
Группа ученых из Массачусетского технологического института и Колумбийского университета показала, что на дистанциях в несколько десятков нанометров формула Планка теряет свою силу. Подтвердить это на опыте оказалось далеко не так просто; американские исследователи — первые, кому удалось разработать действенную экспериментальную методику и измерить соответствующий коэффициент теплопередачи, который превысил предсказываемый теорией предел в тысячу раз.
Для того чтобы оценить энергию теплового излучения объекта, находящегося в непосредственной близости от другого тела, необходимо, разумеется, удерживать их от контакта; именно это и представляет наибольшую сложность. Авторы рассматриваемой работы решили использовать в своих экспериментах плоскую поверхность и миниатюрную кварцевую сферу: в такой схеме контакт возможен лишь в одной точке, что упрощает задачу. «Мы потратили много лет на опыты с параллельными пластинами», — признается один из участников исследования Ган Чэнь (Gang Chen). При этом сдвинуть пластины на расстояние менее одного микрона так, чтобы те не соприкасались, ученым не удалось, в то время как минимальная дистанция между сферой и поверхностью составила 10 нм. Для регистрации изменений температуры авторы использовали биметаллический кантилевер атомно-силового микроскопа.
Полученные результаты ученые объясняют влиянием поверхностных фононных поляритонов — электромагнитных волн, распространяющихся вдоль границы раздела сред. Как считает г-н Чэнь, исследования необходимо продолжать, постепенно уменьшая расстояние между объектами с целью установления предельного значения коэффициента теплопередачи. «Когда мы дойдем до интервала в один нанометр, все наши теории будут вновь разбиты экспериментом», — уверенно заявляет ученый.
Говоря о практической пользе такого рода исследований, Ган Чэнь приводит в пример магнитные запоминающие устройства — жесткие диски компьютеров; как известно, в современных моделях считывающие головки могут располагаться на расстоянии 5–6 нм от поверхности диска. Во время работы головка неизбежно нагревается, и при наличии соответствующей теоретической базы специалисты смогут разработать методы эффективного отвода и использования этого тепла.

Экспериментальная установка (иллюстрация Шэн Шэня).