热传递共有热传导、热对流、热辐射三种方式。这都是宏观意义上的热传递，主要通过不同的温度来实现流体原子或分子的移动转移。但是当系统的尺寸减小到微米和纳米量级时，随机和量子波动将引入新奇的现象。

近期，实验室武海斌教授和盛继腾研究员研究小组实现了新的热传递方式，热能可以利用光场长距离传输，发现非平衡稳态下可违背热力学第二定律，向全光可控器件、量子热机和能源的有效利用迈出重要一步。

该工作基于双薄膜腔光力实验系统开展，由于该系统具有高灵敏实时独立探测和系统参数可控等优势，成为研究许多前沿科学问题的理想实验平台。在实验中，两个微纳薄膜在空间上完全分离（距离6厘米），远远大于其自身厚度（50纳米），置于真空环境中，并分别处于高温和低温热库中。当两个微纳薄膜处于同一光学腔内，腔内光场通过光力效应使两个薄膜之间建立长程相互作用，平均能量从高温薄膜流向低温薄膜。但此时如果测量瞬时热流的大小和方向，会发现瞬时能量可以从低温流向高温，也就意味着热力学第二定律在瞬时并不适用。由于薄膜振子具有较大的机械品质因子，即与环境的耦合较小，该系统的另一独特优势为可以实现双薄膜振子的强耦合。当系统处于强耦合区间时，瞬时热流甚至出现振荡行为，即能量在高温和低温薄膜之间来回振荡。

由于热力学第二定律对小系统中的瞬时情况并不适用，新的定理需要被证明和发展。热力学不确定关系作为非平衡热力学领域中的新发现的重要不等式近期受到极大关注。该团队首次在实验中证明了测量非平衡稳态热流密度可达到的最高精度，验证了热力学不确定关系，并证明在强耦合区间该关系式同样成立。相关研究结果发表在Nature Communications 11, 4656 (2020)。

图1. (a) 振荡的瞬时热流；(b) 热流振荡频率与光场大小的关系；

(c) 不同耦合强度下的对称函数；(d) 不同积分时间下热流的概率密度函数。