电脑将被热脑代替 

 

    现在的计算机是用电的，因此叫电脑，据科学家推测，将来的计算机不用电，而是用周围环境的热量和一些仪器释放的热量来处理信息，因此将来的计算机叫热脑。这有些天方夜谭吧，电可以转变成“1”和“0”等二进制信号？那么热量怎么转换呢？

     其实热和电都是自然界用来传递能量的方式，电已经创造出让人目不暇接的产品，这是因为电子二极管和电子三极管等晶体管的发展。而热的传递通常是从温度高处随意传递到温度低处，没有控制热流动的元件，所以热一直没有对人类做出什么贡献。电的传递是靠电子，热量的传递者，科学家把它定义为“声子”，现在正在兴起声子学，研究热量的有方向的传递。　　

     但是，在固体中控制热流要比控制电流难得多。热量的携带者——声子不像电子，它并不是具有确定性质的粒子，而是没有质量没有电荷的能量束，因此不会受电磁场的影响。如何让热量有方向地流动?例如一条被加热的金属棒，当左端的温度比右端高时，热量会从左向右流动，当右端的温度比左端高时，热量会从右向左流动，如何让热量只是在左端温度高时向右流动，当右端温度高时不会向左流动？这就需要热二极管，电子二极管只允许电流向导线的一个方向流动，不会反方向流动。热二极管也是只允许热量向一个方向流动。　　

    关于热二极管的研究，科学家研究了几十年，直到2002年才有所突破，意大利科学家提出的热二极管共鸣模型既简单又实用。我们知道，所有的物理系统都具有一定的自然频率，这意味着能量可以通过频率一致时的共振来有效地传递。例如在荡秋千时，我们可以用很小的力把一个孩子荡得很高。由于微观下，每一种原子或分子也都有自己的振动频率，而热能直接影响原子或分子的振动，因此当两种材料的分子振动频率一致时，热量就很容易从一种材料传递到另一种材料，若两种材料的分子振动频率相差很大时，热能就很难在这两种材料之间传递。　　

因此，可以用两种材料相互接触的界面来作为热二极管的关键部分，但是必须是一种材料的分子振动频率随温度变化不是成正比，而另一种材料的振动频率与温度变化成正比。这样，通过调节温度，可以使两种材料在某温度下振动频率一致，这时，其界面处会顺利传输热流，几乎没有阻碍。还可以通过调节温度，使两种材料在某些温度下振动频率相差很大，这样，界面处就阻碍了热流的传输。

　　就像电子二极管是电子学发展的关键一步，热二极管也是声子学发展的关键一步。但是电子学中少不了电子三极管，声子学也必需热三极管。电子三极管具有三个极，可以打开和关闭电流，可以控制电流的大小和方向，可以放大信号。同样热三极管也是需要三个极，可以打开和关闭热的流动，可以控制热流的大小和方向。目前，热三极管已经被制造了出来，而且这种热三极管还能够实现：温差较小时，热流较大，温差较大时，热流较小。不但能够放大信号，还能减弱信号。　　

有了二极管和三极管，设计电脑中的逻辑电路就容易了，高低电压分别表示“1”和“0”，电流的流动大小和方向代表了信息的传递。有了热二极管和热三极管，设计热脑中的逻辑热路也容易了，低温表示“０”， 高温表示“１”，信息的处理通过改变温度和热流来处理和控制。　　

科学家称，热脑如能研制成功，那么其中主要流通的将不再是电，而是热。它不会像目前的电脑那样发热，甚至还可能从环境中吸热。热晶体管的研制成功也为节约能源带来新的希望。例如按照热二极管原理设计一种新的隔热材料，就可以减少汽车或建筑物与外界环境的热交换，从而降低车内或室内的空调能耗。