2007年6月29日,週五。
芝加哥的夏天到了,密歇根大道上的熱浪扭曲了空氣。
從昨晚開始,蘋果公司的旗艦店門口就排起了一條足以載入史冊的長隊。
那些揮舞着鈔票的人並不是爲了搶購什麼最新款球鞋或者限量款奢侈品,而是爲了一臺沒有鍵盤的手機??
iPhone.
以太動力的辦公室裏,空調開得很足。
布蘭登?科恩像個獻寶的孩子,把一個黑色的方塊拍在會議桌上。
憑藉科恩家族的關係,他甚至不需要去排隊,就提前拿到了這臺被喬布斯吹上天的機器。
“瞧瞧這個,”
布蘭登得意地用兩根手指在屏幕上做了一個開合的動作,原本的一張風景照瞬間放大,“多點觸控(Multi-touch)。沒有觸控筆,沒有鍵盤。只有你的手指和屏幕。”
程新竹好奇地湊過來,伸手戳了戳屏幕上的Safari瀏覽器圖標。
“能打開PDB(蛋白質數據庫)嗎?我想看看能不能在手機上審稿。”
她輸入了網址。
進度條緩慢地爬行了一半,然後屏幕一閃,Safari直接崩潰退出了。
"
“......顯然不能。”
程新竹嫌棄地撇了撇嘴,“這玩意兒連Flash都不支持,甚至不能複製粘貼。除了長得好看,感覺就是個半成品。”
“別那麼苛刻,這是未來!”
布蘭登不服氣地打開了重力感應遊戲《超級猴子球》,控制着屏幕裏的小猴子在迷宮裏滾來滾去。
五分鐘後。
“景??”
布蘭登突然甩了甩手,像是被燙了一下,把手機扔在桌上,“見鬼,這也太燙了。這背面簡直能煎雞蛋。喬布斯設計這玩意兒是爲了讓人在冬天暖手嗎?”
鋁合金後蓋散發着驚人的熱量。
林允寧伸手拿起那臺手機。
確實很燙。手指接觸金屬背板的瞬間,那種熱度順着指尖傳導上來。
這是所有高性能芯片的宿命。
隨着摩爾定律的推進,晶體管密度越來越高,芯片就像是一個被困在微米級空間裏的火爐。
在這個沒有風扇的密閉機身裏,熱量無處可去,只能通過外殼被動傳導。
如果熱量散不出去,CPU就會強制降頻,性能就會撞牆。
“這是個物理問題。”
林允寧的手指摩挲着發燙的機身,“現有的散熱技術太被動了。銅管、均熱板,都是在等熱量自己從高溫區流向低溫區。效率太低。”
“那能怎麼辦?給手機裝個空調?”布蘭登吹着發紅的手指。
“空調太大了,但我們可以裝個閥門”。”
林允寧的眼神變得深邃起來。
電流在二極管裏只能單向流動,這是現代電子學的基礎。
那麼,熱量呢?
如果能製造一種材料,讓熱量也只能單向流動????
這就意味着,可以把芯片裏的熱量強行“泵”出來,而不受外部環境溫度的影響。
因爲單向流動的關係,哪怕外面很熱,熱量也不會倒流回芯片。
這就是他在“雅努斯計劃”裏研究過的????聲子熱整流效應(Phonon Thermal Rectification)。
之前,他在金陵大學的實驗室裏,只是在幾百納米的半導體材料上觀測到了微弱的效應。
但現在,看着這臺發燙的劃時代機器,他把理論變成現實,製造出一個宏觀的、可用的固態器件。
熱二極管。
林允寧沒有再理會那臺昂貴的玩具,直接回到了自己的工位,啓動了Aether_Foundry模塊。
屏幕上,黑色的終端界面亮起。
要實現宏觀的熱整流,靠納米線的幾何形狀是不行的,無法量產。
關鍵在於材料本身。
他需要一種特殊的材料,它的聲子傳導特性會對溫度做出非線性的劇烈響應。
“篩選強關聯氧化物體系。”
林允寧輸入指令。
數據庫開始滾動。Aether排除了效率低下的梯形硅納米線,排除了不穩定的有機材料。
最終,光標停留在了一個化學式上:
VO2(二氧化釩)。
這是一種神奇的材料。在68℃附近,它會發生著名的絕緣體-金屬相變(IMT)。
在相變點以下,它是單斜晶系的絕緣體,晶格扭曲,聲子跑得慢;
一旦超過68℃,它瞬間變成四方晶系的金屬,晶格變得對稱,聲子傳導率會發生突變。
“就是它。”
林允寧的嘴角勾起一抹笑意。
他在屏幕上構建了一個三明治結構的模型:
最底層是高導熱的銅基底,中間是一層納米級的二氧化釩薄膜,上面是芯片熱源。
當芯片溫度升高,超過相變點時,二氧化釩薄膜發生相變,熱導率突增,像閘門打開泄洪一樣把熱量排出去。
而當外部熱量試圖倒灌時,由於接觸面的溫度梯度設計,薄膜處於絕緣態,熱導率極低,大門緊閉。
這就是一個熱流的單向閥。
“新竹,”林允寧喊了一聲,“別玩手機了。幫我查一下二氧化釩薄膜的製備工藝,咱們可能要做個新硬件。”
方雪若正好端着咖啡走過來,看了一眼屏幕上的設計圖。
她雖然不懂聲子譜,但她看懂了那個結構示意圖。
“這東西能幹什麼?”她問。
“能讓剛纔那臺發燙的iPhone降溫至少5度,而且不需要風扇。”林允寧淡淡地說。
方雪若的眼睛瞬間亮了。
作爲曾經的華爾街精英,她太清楚這句話的含金量了。
“這東西能申請專利嗎?”她立刻問道。
“當然。”
“那就趕緊做。”方雪若把咖啡杯放下,語氣變得急促,“如果這東西真能做出來,哪怕只是原型機,我也能把它賣給Intel或者蘋果。這可能是繼AD-01之後,咱們的第二個現金奶牛。”
就在林允寧沉迷於設計熱二極管的晶格匹配時,電腦右下角彈出了一個郵件提示。
發件人:Nature Editorial Office(自然雜誌編輯部)。
林允寧的手頓了一下。
這封郵件,他等了一個月。
他點開郵件。
【林先生你好,
我們很高興地通知您,您關於“扭轉石墨烯中的全息熱耗散模擬”的論文,已被原則性接收(Accepted in Principle)。】
原則性接收。
這意味着只要按照編輯的要求修改一下格式和拼寫錯誤,這篇論文就將登上《Nature》的正刊。
之前爲了趕時間,也爲了規避理論上的爭議,林允寧決定將尚未完善的理論部分暫時剝離,先把那個驚世駭俗的“桌面黑洞”實驗結果發出去。
即便如此,審稿人的評價依然高得嚇人。
Reviewer #1:“雖然理論解釋尚不完美,但這毫無疑問是本世紀最精妙的量子模擬實驗之一。作者利用摩爾紋光學槓桿實現了驚人的控制精度......”
Reviewer #2:“首次在固態系統中清晰觀測到了模擬的霍金輻射熱譜。這是物理學的裏程碑。”
林允寧看着屏幕,並沒有太多的狂喜。
這在他的預料之中。
他拿起電話,撥通了芝加哥大學物理系實驗室的號碼。
“埃米特,論文接收了。”
電話那頭傳來了玻璃杯摔碎的聲音,緊接着是埃米特?卡特明顯粗重的呼吸聲和瑪利亞的歡呼。
對於兩人來說,能在《自然》雜誌上發表一篇論文,即使不是第一作者,也是科研生涯上濃墨重彩的一筆。
“別高興太早,”
林允寧打斷了他們的慶祝,“校樣(Proof)發過來了,你們覈對一下數據圖表,別出低級錯誤。”
兩週後。
芝加哥大學的考場外,蟬鳴聲聲。
大一的榮譽理論力學課(Honors Mechanics)期末考試剛剛結束。
學生們像出籠的鳥一樣湧出教室,討論着暑假的去向,有人要去夏威夷,有人要去歐洲。
林允寧單肩揹着包,混在人羣中。
對他來說,這種大一的考試毫無難度,甚至有些無聊。
但他並沒有像其他人那樣期待假期。
他的腦子裏,還盤旋着剛纔看《Nature》最終校樣時發現的一個細節。
那是一張黑體輻射的頻譜圖。
是他們在10mK極低溫下測得的“黑洞熱輻射”曲線。
在那條光滑的玻色-愛因斯坦分佈曲線的高頻尾端,有一個極微小的,幾乎可以被當作儀器誤差忽略掉的偏離。
那個尾巴,微微向上翹起了一點點。
大概只有0.5%的偏差。
審稿人認爲那是背景噪聲或者是超導電路的高頻損耗,建議他在最終版裏做平滑處理。
林允寧答應了。
但他並沒有真的忽略它。
他走出教學樓,站在樹蔭下,從揹包裏掏出了那個寫着“Attention”的小本子。
陽光透過樹葉的縫隙灑下來,斑駁地照在紙頁上。
那個微小的翹起,在他的腦海中不斷放大。
如果那是噪聲,它應該是隨機的。
但他在數千次的數據積分中,那個翹起頑固地存在着,就像是一個幽靈。
“如果......”
林允寧咬開筆蓋。
如果廣義相對論在普朗克尺度下失效了呢?
如果時空本身不是連續的,而是像像素點一樣,有着最小的單位?
那麼,海森堡的不確定性原理△xapzh/2就需要修正。
需要引入一個正比於普朗克長度平方的項:
△xapzh/2+BLp?(Ap)?/h
這就是廣義不確定性原理(GUP)。
一旦引入這個項,黑體輻射的公式就會在高頻端發生修正,原本應該指數衰減的尾巴,會被強行抬高一點點。
正好就是那0.5%。
林允寧感到脊背一陣發涼,那是面對宇宙終極真理時的戰慄。
他可能並不是在看噪聲。
他是在看時空的顆粒。
他在那個簡陋的桌面實驗裏,摸到了引力量子化的指紋。
周圍的學生們在歡笑,在討論晚上的派對,在抱怨考試的難度。
沒人知道,在這個普通的午後,一個年輕人正在思考着顛覆物理學大廈基石的問題。
林允寧翻到筆記本新的一頁。
他鄭重地寫下了一行字:
[Gravity is discrete?] (引力是離散的?)
他在那個問號上重重地畫了個圈。
暑假就要來了。
但他知道,對他來說,真正的探索,纔剛剛開始。