科學家們發現了一種改變遊戲規則的現象，這是對已有200年歷史的傅利葉定律的挑戰。 這個定律，就像物理世界的定律一樣，一直支配著固體材料中熱量的傳遞方式。 傅利葉定律以其深刻的洞察力，描述了熱量是如何通過固體材料傳遞的：分子振動，電子穿梭，使熱量從物體的暖端流向冷端，其速度與溫差和熱流面積密切相關。
然而，科學的界限總是受到挑戰。 近幾十年來的研究表明，在微觀奈米尺度上，這種經典的擴散模型失敗了。 傅利葉定律無法在奈米尺度上以固態移動熱量，就像在物理世界的堅實基礎上撕開乙個洞。
麻薩諸塞大學阿默斯特分校的高分子物理學家Kaikai Zheng和他的團隊並不滿足於現狀，他們渴望探索這種傅立葉定律的例外是否在半透明聚合物和無機玻璃等透明材料中更大規模地存在。 這些材料雖然是半透明的，但允許某些波長的光通過，並且光被散射在其中，來自材料結構中的雜質**，就像夜空中的流星一樣，雖然短暫但明亮。
這種散射現象讓鄭和他的團隊提出了乙個大膽的假設：除了通過固體材料擴散外，這些材料的半透明性是否也允許熱能以熱輻射的形式通過？ 輻射熱，就像空氣中的電磁波，尤其是紅外輻射，默默地傳遞熱量，比如我們感受到的太陽的溫暖。
資深作者史蒂夫·格拉尼克（Steve Granick）也是麻薩諸塞大學阿默斯特分校（University of Massachusetts Amherst）的材料科學家，他很好奇：“如果熱量可以以另一種方式傳播，而不僅僅是人們認為的方式，那會怎樣？ 這個問題就像一顆種子，深深地種在了研究團隊的心中。
於是，他們開始了艱苦的實驗。 他們夾住試紙並將它們乙個接乙個地掛在定製的真空室中，這消除了通過空氣從材料中散熱的可能性。 它們向材料發射瞬時雷射脈衝以加熱它們，並使用三種方法來測量熱量如何通過每種材料：直接放置在材料表面的溫度感測器，測量應用於樣品的溫度敏感塗層顏色變化的溫度感測器，以及紅外相機。
實驗結果表明，熱速率超過擴散速率，表明在熱脈衝後的早期階段，輻射對熱通量的貢獻非常大。 儘管輻射的相對貢獻隨著擴散的後期階段佔主導地位而減少，但它的存在不容忽視。
“這並不是說傅立葉定律是錯誤的，而是它沒有解釋我們在傳熱方面所看到的一切，”格拉尼克澄清道。 “這一發現就像一束光，照亮了我們對傳熱機制的理解。 半透明材料在內部輻射熱量，因為結構缺陷充當吸熱器和熱源，使熱量從乙個點快速傳播到另乙個點，而不是緩慢傳播。
他們的發現不僅對科學理論產生了深遠的影響，而且可能為工程師提供新的設計思路。 他們的研究使我們更深入地了解了熱量如何在固體中傳播，大約在200年後，這種現象首次被用數學術語描述。 這是科學發展的乙個里程碑，它不斷挑戰自我，探索未知的邊界。