科學(xué)家目前已經(jīng)知道，在單原子尺度范圍內(nèi)，“溫度”變化不會(huì)帶來(lái)任何影響。但最近研究人員驚奇地發(fā)現(xiàn)，這一結(jié)論可以拓展到碳納米管這樣更大的尺度。《自然》網(wǎng)站最新報(bào)道說(shuō)，英國(guó)薩里大學(xué)的Ortwin Hess和同事的有關(guān)研究結(jié)果即將發(fā)表在《物理學(xué)評(píng)論快報(bào)》上。新發(fā)現(xiàn)讓從事納米尺度器件研究的科學(xué)家們震驚，因?yàn)樗麄儧](méi)想到溫度會(huì)以這種方式表現(xiàn)。Ortwin Hess說(shuō)：“我們現(xiàn)在正在制作納米器件，必須重新考慮有關(guān)溫度的問(wèn)題。” 　　溫度是熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的表示，如果兩個(gè)有交互作用的系統(tǒng)達(dá)成了熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)被認(rèn)為溫度相同。但對(duì)于非熱平衡系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，溫度的概念是沒(méi)有意義的。Ortwin Hess和同事發(fā)現(xiàn)，盡管經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間以期讓一根10微米長(zhǎng)的納米管達(dá)到熱平衡，在測(cè)量納米管一端的溫度后，再測(cè)量另一端的溫度，結(jié)果卻不一定相同。 　　英國(guó)牛津大學(xué)的物理化學(xué)家Peter Atkins說(shuō)：“如果系統(tǒng)的尺度一直小到?jīng)]有溫度相關(guān)性，那么該系統(tǒng)性質(zhì)的波動(dòng)就是不可預(yù)測(cè)的，這對(duì)任何設(shè)備來(lái)說(shuō)都具有負(fù)面沖擊。” 　　Ortwin Hess說(shuō)，有關(guān)“溫度概念在宏觀物質(zhì)世界和原子尺度之間的某一區(qū)域失去意義”的觀念并不多么新奇，但關(guān)鍵是如何精確確定出這一變化臨界點(diǎn)。該變化點(diǎn)既取決于材料的性質(zhì)，也取決于它所負(fù)荷的熱量。但是，在特定的環(huán)境中測(cè)量一個(gè)較大實(shí)體的溫度可能是非常困難的，比如，一根10厘米長(zhǎng)的硅晶體的溫度如果沒(méi)有超出絕對(duì)零度以上1度(-272℃)的話，此時(shí)該物體不包含熱能，那么該硅晶體的溫度是不可測(cè)量的。 　　Peter Atkins認(rèn)為，在我們的日常生活中，溫度變化與熱傳導(dǎo)有關(guān)。在宏觀世界中，熱量從溫度高的系統(tǒng)流向溫度低的系統(tǒng)，因此當(dāng)一個(gè)杯子中的熱量通過(guò)杯子傳遞到手指時(shí)，我們會(huì)感覺(jué)到杯子是熱的。而對(duì)于原子的尺度，溫度也用于描述熱量在數(shù)十億原子和分子間的分布。Peter Atkins指出，關(guān)鍵的問(wèn)題是我們是用統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)描述溫度的，所描述的對(duì)象擁有大量的粒子。對(duì)單個(gè)原子來(lái)說(shuō)，這種方法就沒(méi)有意義，統(tǒng)計(jì)學(xué)只考慮在一定數(shù)量基礎(chǔ)上的對(duì)象，那么這個(gè)數(shù)量究竟應(yīng)該是多少呢？ 　　Ortwin Hess的研究小組提出了這樣的問(wèn)題，即一系列分離的小格子連結(jié)成一條線后在不同的溫度下是如何運(yùn)動(dòng)的？在宏觀世界里，這個(gè)小格子的溫度有一定的意義，因?yàn)樗苷f(shuō)明熱量沿這條線流動(dòng)的方向，最終這些小格子會(huì)達(dá)到熱平衡，所有格子的溫度都是一樣的。但是，物理學(xué)家將這個(gè)小格子越分越小，直到它們組成的長(zhǎng)鏈無(wú)法達(dá)成熱平衡，因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)波動(dòng)是量子世界的固有本質(zhì)。 　　在這種尺度限制范圍內(nèi)，熱點(diǎn)緊靠冷點(diǎn)，但二者間沒(méi)有任何能量的交換。而且，在這一尺度范圍單個(gè)小格子的溫度可能會(huì)一直不可預(yù)測(cè)地波動(dòng)。Ortwin Hess說(shuō)：“這要?dú)w結(jié)為量子不確定性原理。”P(pán)eter Atkins說(shuō)：“對(duì)這一問(wèn)題的分析還有些細(xì)微爭(zhēng)論，但看起來(lái)應(yīng)該是正確的。” 　　Philip Moriarty是英國(guó)諾丁漢大學(xué)的納米技術(shù)專(zhuān)家，他說(shuō)，Ortwin Hess等人的模式是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的近似。盡管需要在實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)其對(duì)納米技術(shù)的實(shí)際意義，但有關(guān)溫度概念的尺度極限觀點(diǎn)是非常合理的。與之不同的是，Ortwin Hess堅(jiān)持認(rèn)為碳納米管與他們的數(shù)學(xué)模型非常一致，由碳原子排成的一根10微米長(zhǎng)的線狀物包含有不足10萬(wàn)個(gè)的碳原子。Peter Atkins同意這種觀點(diǎn)，他說(shuō)這已經(jīng)少到足以讓溫度概念變得不再重要。