科學(xué)家目前已經(jīng)知道，在單原子尺度范圍內(nèi)，“溫度”變化不會帶來任何影響。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)站最新報道說，英國薩里大學(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)評論快報》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，因為他們沒想到溫度會以這種方式表現(xiàn)。Ortwin Hess說：“我們現(xiàn)在正在制作納米器件，必須重新考慮有關(guān)溫度的問題。” 　　溫度是熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的表示，如果兩個有交互作用的系統(tǒng)達(dá)成了熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)被認(rèn)為溫度相同。但對于非熱平衡系統(tǒng)來說，溫度的概念是沒有意義的。Ortwin Hess和同事發(fā)現(xiàn)，盡管經(jīng)過很長時間以期讓一根10微米長的納米管達(dá)到熱平衡，在測量納米管一端的溫度后，再測量另一端的溫度，結(jié)果卻不一定相同。 　　英國牛津大學(xué)的物理化學(xué)家Peter Atkins說：“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)的波動就是不可預(yù)測的，這對任何設(shè)備來說都具有負(fù)面沖擊?！? 　　Ortwin Hess說，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)境中測量一個較大實(shí)體的溫度可能是非常困難的，比如，一根10厘米長的硅晶體的溫度如果沒有超出絕對零度以上1度(-272℃)的話，此時該物體不包含熱能，那么該硅晶體的溫度是不可測量的。 　　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)一個杯子中的熱量通過杯子傳遞到手指時，我們會感覺到杯子是熱的。而對于原子的尺度，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)鍵的問題是我們是用統(tǒng)計的方法來描述溫度的，所描述的對象擁有大量的粒子。對單個原子來說，這種方法就沒有意義，統(tǒng)計學(xué)只考慮在一定數(shù)量基礎(chǔ)上的對象，那么這個數(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)動的？在宏觀世界里，這個小格子的溫度有一定的意義，因為它能說明熱量沿這條線流動的方向，最終這些小格子會達(dá)到熱平衡，所有格子的溫度都是一樣的。但是，物理學(xué)家將這個小格子越分越小，直到它們組成的長鏈無法達(dá)成熱平衡，因為統(tǒng)計波動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)，但二者間沒有任何能量的交換。而且，在這一尺度范圍單個小格子的溫度可能會一直不可預(yù)測地波動。Ortwin Hess說：“這要?dú)w結(jié)為量子不確定性原理。”Peter Atkins說：“對這一問題的分析還有些細(xì)微爭論，但看起來應(yīng)該是正確的?！? 　　Philip Moriarty是英國諾丁漢大學(xué)的納米技術(shù)專家，他說，Ortwin Hess等人的模式是一個相對簡單的近似。盡管需要在實(shí)驗室檢驗其對納米技術(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微米長的線狀物包含有不足10萬個的碳原子。Peter Atkins同意這種觀點(diǎn)，他說這已經(jīng)少到足以讓溫度概念變得不再重要。