在纳米尺度上，一个基本物理定律失效了！

普朗克辐射换热定律在一个世纪的激烈试验中得到了很好的验证，但一项新的分析发现它在最小尺度上失败了。

确切地说，这意味着什么还不太清楚，但如果定律失效，新的发现就会接踵而至。这样的发现不仅会影响到原子尺度上的物理学，它还会影响到从气候模型到我们对行星形成的理解等一切问题。

最近，来自弗吉尼亚威廉与玛丽学院和密歇根大学的研究人员对量子物理的基本定律进行了测试，他们对这个古老的规则是否能够描述纳米物体发射热辐射的方式感到好奇。

这一定律不仅失效，而且实验结果比预测值大100倍，这表明纳米级物体能够以远比现有模型所能解释的更高的效率发射和吸收热量。

威廉与玛丽学院的物理学家穆塔兹·齐兹巴什说：“这就是物理学的问题，对某物进行实验测量是很重要的，但实际上理解正在发生的事情也很重要。”

人类自古以来就知道热的东西会发光。我们也很久以前就知道，光的颜色和温度之间有关系。

为了更详细地研究这个问题，19世纪的物理学家通过一个小孔来观察在一个黑色加热的盒子里光的颜色。这种“黑体辐射”为这种关系提供了一个相当精确的衡量标准。

想出简单的公式来描述颜色的波长和它们的温度被证明是相当有挑战性的，所以普朗克从一个稍微不同的角度来研究它。

他的方法是把光的吸收和发射方式当作钟摆的摆动，用离散的能量被吸收和吐出来。这并不是说他真的认为是这样的-这只是一种方便的建模方法。

虽然刚开始看上去很奇怪，但这个模型运转得很完美。这种“数量”的能量方法引发了几十年来对现实本质的争论，并逐渐形成了我们所知道的物理学的基础。

普朗克辐射传热定律提供了一种理论，该理论描述了在给定温度下物体所能散发的热能的最大频率。这对于在可见距离内分离的可见物体非常有效。但是，如果我们把这些物体推到一起，那么它们之间的空间是不是发出的光的单一波长呢？“钟摆”会发生什么？

精通电磁学动力学的物理学家们已经知道在这个被称为“近场”区域的地方会发生奇怪的事情。

首先，电磁场的电磁方面之间的关系变得更加复杂。

这可能会如何影响受热物体的相互作用，这已经成为前人研究的焦点，与普朗克观测到的远场相比，在近场中热的运动方式已经有了很大的不同。但是，如果这个间隙被限制在一个比辐射波长更小的距离内，就可以做到这一点。物体本身的大小呢？

研究人员面临着相当大的挑战。他们必须设计出小于10微米（红外光波的近似长度）大小的物体。

它们在两层只有半微米厚的氮化硅膜上，隔开一段距离，使它们很好地进入远场。

加热其中一个并测量第二个使他们能够以相当精确的程度测试普朗克定律。

齐兹巴什说：“普朗克的辐射定律说，如果你把他的理论应用到两个物体上，那么你就应该得到两个物体之间的能量转移速率。我们在实验中观察到的是，如果物体非常小的话，这个速率实际上比普朗克定律预测的要高100倍。”

齐兹巴什把它比作吉他弦在不同地方沿着它的长度弹拨的过程。“如果你在这些地方摘下它，它在特定波长的共振会更有效。”

这一类比是将这一现象形象化的一种有用的方法，但了解这一发现背后的物理细节可能会产生一些重大影响。不仅仅是在纳米技术领域，而是在更大的规模上。

这种高效率的能量传递率可能会改变我们对大气中或行星大小的冷却体中的热量传递的理解。这种差异的程度仍然是一个谜，但有一些潜在的深远影响。

齐兹巴什说：“无论在哪里，辐射在物理学和科学中都扮演着重要的角色，这就是这一发现的重要之处。”