Zgodnie z definicją prawa promieniowania cieplnego Kirchhoffa, w ustalonej temperaturze stosunek zdolności emisyjnej ciała do jego zdolności absorpcyjnej jest uniwersalną funkcją dla wszystkich ciał. Prawo to zostało sformułowane już w 1859 roku przez fizyka Gustawa Kirchhoffa.
W najnowszym artykule naukowym opublikowanym na łamach periodyku Nature Photonics badacze opisali pierwszy eksperyment, w którym zdolność emisyjna i absorpcyjna badanego obiektu nie pasuje do owej uniwersalnej funkcji, powszechnie nazywanej funkcją Kirchhoffa. Mamy zatem do czynienia z pierwszym dowodem na to, że prawo promieniowania cieplnego Kirchhoffa nie jest uniwersalne. Wcześniej, mimo podejrzeń, naukowcy nie mogli znaleźć bezpośredniego dowodu na swoje wątpliwości.
Czytaj także: Niewierny, nieodpowiedzialny, niedojrzały. W dodatku okradł żonę? Nieznane oblicze Alberta Einsteina
Za odkryciem stoi student Komron Shayegan oraz jego promotor prof. Harry Atwater z California Institute of Technology. W ramach swojego programu badawczego Shayegan umieścił opracowany wcześniej przez siebie materiał w polu magnetycznym. Okazało się, że to wystarczyło do otrzymania wyników niezgodnym z prawem Kirchhoffa.
Sam Shayegan zauważa jednocześnie, że jego odkrycie nie sprawia, że prawo Kirchhoffa staje się bezużyteczne. Wciąż, podczas projektowania nowych materiałów wystarczy wykonać pomiary absorpcyjności, aby otrzymać informacje o emisyjności danego materiału.
Dlaczego to miałaby być dobra wiadomość?
Przede wszystkim, może to oznaczać, że w najbliższym czasie będzie możliwe stworzenie wydajniejszych metod pozyskiwania energii z promieniowania słonecznego. W świecie, w którym właśnie dokonuje się transformacja z paliw kopalnych na odnawialne źródła energii, jest to bardzo dobra informacja.
Zdecydowanie najbardziej popularnymi odnawialnymi źródłami energii jest energia wiatrowa i słoneczna. I to właśnie w tym drugim przypadku możemy skorzystać na nowej wiedzy. Wyobraźmy sobie bowiem panele fotowoltaiczne, które pochłaniają w ciągu dnia energię słoneczną. Powszechnie wiadomo, że część tej energii jest reemitowana z powrotem w kierunku Słońca. Można uznać, że dla nas samych jest to energia utracona. Gdyby jednak udało się emitować to promieniowanie w kierunku innym niż do źródła, teoretycznie moglibyśmy umieścić tam kolejny panel słoneczny, który mógłby przechwycić większość tej energii, tym samym istotnie zmniejszając straty energii wskutek reemisji.
Czytaj także: 10 największych farm fotowoltaicznych na świecie. Jeden kraj depcze Chinom po piętach
Opracowany przez Shayegana materiał charakteryzuje się strukturą powierzchni, która zwiększa jego zdolność absorpcji i emisji promieniowania w zakresie podczerwieni, ale także silnie reaguje na pole magnetyczne. W toku badań naukowcy umieścili materiał w polu magnetycznym, a następnie podgrzali go do temperatur odpowiednio 50°, 100° oraz 150°C. Okazało się wtedy, że wydajność emisyjna jest wyższa od zdolności do absorpcji energii. Co ciekawe, różnica między tymi dwiema cechami zależy bezpośrednio od kąta ułożenia pola magnetycznego.
Naukowcy podejrzewają, że nowy materiał z czasem nie tylko trafi do paneli fotowoltaicznych, ale także może przyczynić się do stworzenia nowych materiałów służących do kamuflażu, w których promieniowanie w określonym pasmie będzie pochłaniane, ale już nie będzie reemitowane.