据美国麻省理工学院网站７月３０日消息，该校机械工程学院华裔教授陈刚与他的纳米工程团队的最新研究成果，首次打破了百年量子物理学基本定律——“普朗克定律”（黑体辐射定律）。陈刚团队的这一发现不仅改写了纳米尺度下的基本物理定律，还可能为硬盘存储技术带来新一轮革命。

　　曾几何时，物理学家们坚信“能量的发射和吸收是连续的”，就像人们曾相信世界是平的。但由这一能量均分定律推导出的物体比热容（单位质量的某种物质，温度降低１℃或升高１℃所放出或吸收的热量），却与实验观测不符。物理学界为此困惑不已，英国大物理学家开尔文勋爵将之称为“经典物理学上空的一团乌云”。

　　这团“乌云”一直飘荡到了１９００年，直到德国物理学家马克斯·普朗克天才地提出了“能量量子化”的概念，即热辐射能量的发射和吸收只能一份一份进行，而不是连续的。“普朗克定律”使物理学的基本观念发生了根本性改变，成为现代物理学的基本定律之一，普朗克本人则获得了１９１８年诺贝尔物理学奖的荣誉。

　　“极近”是多近

　　普朗克曾谨慎地预言：该定律适用于绝大多数情况，但在微观尺度下物体间的距离极近时，可能并不成立。此后，科学家们一直试图在更小的尺度下验证这一预言，但受观测工具和微尺度操作技术水平等限制，一直未能如愿。在不断的探索中，人们发问：极近是多近？陈刚的研究团队最终给出的答案是：３０纳米（１纳米为十亿分之一米）或以下。

　　陈刚的研究团队完成了之前很多团队都没有实现的工作，引发了科学界强烈反响。已在这一领域奋战多年的伦敦帝国学院教授约翰·彭德利表示，这是“激动人心”的成果。陈刚和哥伦比亚大学教授阿尔文德·那拉耶拿斯维尼等撰写的论文已被国际纳米科学权威刊物《纳米快报》接收，相关报道也被美国“每日科学”网站、英国《新科学家》杂志等媒体纷纷转载。陈刚在接受采访时表示，普朗克当初的能量量子化假设仍旧成立，他们的新发现不能被称作“推翻”普朗克的理论，而是在微观尺度下的发展。

　　攻克两大技术难关

　　普朗克定律之所以１００多年都未曾被打破，是因为在极微小的距离（如纳米尺度）下稳定控制物体、完成能量传导测试十分困难。另一方面，在如此小的尺度下测量最主要的实验数据——温度也困难重重。在这之前的研究人员一般通过微尺度操纵工具，让两块平板逐渐靠近，但以失败居多。由于原子力显微镜的出现，研究人员已能借助这种仪器的微悬臂测量温差。但这一仪器也不是万能的，尺度越小，测量难度越大。

　　经过多年探索，陈刚等人成功解决以上难题。首先，他们改变了让两个平面物体逐渐靠近以达到纳米尺度的方式，而用更容易控制的“破璃珠—平板”靠近方式，终于让两者的最近距离达到了１０纳米；其次，对原子力显微镜进行部分改造，采用双金属微悬臂技术测量温度变化。最终发现，前者的热辐射强度是后者的１０００倍，即纳米尺度下的传热系数比普朗克公式的预测高出３个数量级。

　　可能再掀硬盘存储革命

　　除了改写基本物理定律外，陈刚等人的研究成果——在纳米尺度下精确控制热传导，还有望应用于计算机硬盘、微机械系统等多个领域。

　　以硬盘存储技术为例，当今容量巨大的硬盘要得益于２００７年诺贝尔物理学奖获得者阿尔伯特·费尔特、彼得·格林贝格尔于１９８８年发现的纳米尺度下的“巨磁电阻效应”（指特定条件下微弱磁场导致电阻急剧变化）。目前电脑使用的硬盘，磁头与硬盘表面约有五六纳米的距离，磁头容易发热，存储效率不高，研究人员一直在寻找控制热量的方法。而陈刚等人的研究找到了纳米尺度下热辐射传导的规律，他们还计划在１至２纳米尺度下进行实验，其成果可能大大提高存储效率。

　　“大大”有多大？科技发展的脚步是刻不容缓的。不要忘记，就在数年前，容量仅有１．４４ＭＢ的３．５英寸软盘还大行其道呢。突破“Ｇ”级存储概念，或许指日可待。

　　纳米尺度改变了什么

　　在很多人的认识里，现代物理学的一些基本理论如相对论、量子理论以及与这些理论相关联的一系列假设、公式都已被实验证实，应该是不变的真理。但此次普朗克公式受到挑战，再次印证了辩证唯物主义的一个基本观点——“没有永恒的真理，真理只在一定时间、一定条件下成立。”

　　物理定律新旧交替，一个最重要的原因是出现了新的实验条件。以人类对原子结构的认识为例，原子概念起源于希腊哲学家德谟克利特“不可再分的粒子”设想。１９世纪初，英国化学家道尔顿正式提出了“物质由原子构成，原子不可再分”的原子学说。１９世纪末，英国物理学家汤姆逊发现了电子，证明原子可以分割。后来，人们又逐渐发现了质子、中子，再到最近研究人员借助大型粒子加速器，提出质子、中子由更基本的夸克组成。

　　相比普朗克的时代，陈刚的研究团队面对的是最新的实验条件：纳米尺度操纵技术。与宏观尺度相比，纳米尺度小得惊人，而物理性质在这个尺度上也发生了很多新变化。

　　纳米体系使人们对自然的认识又进入一个新的层次，它是联系原子、分子和宏观体系的中间环节，是人们过去从未探索过的新领域。在纳米尺度下，力的作用、热辐射、电磁波传播、流体运动等都发生了显著变化，这些变化在过去是观测不到的，而此时的实验结果就可能与适用于大尺度体系的物理定律不符。