În lumea uimitoare a fizicii, imposibilul, deși nu imediat, dar totuși devine posibil. Și în ultima vreme, oamenii de știință au reușit să realizeze lucruri cu adevărat super imposibile. Știința progresează. Doar un monstru de paste știe ce ne mai așteaptă în intestinele sale cele mai secrete. Astăzi vom analiza o duzină de lucruri, stări și obiecte ireale care au devenit posibile datorită fizicii moderne.
Temperaturi incredibil de scăzute
În trecut, oamenii de știință nu au putut să răcească obiecte sub pragul așa-numitei „limite cuantice”. Pentru a răci ceva până la o astfel de stare, este necesar să folosiți un laser cu atomi care se mișcă foarte lent și să suprimați vibrațiile generatoare de căldură pe care le generează.
Cu toate acestea, fizicienii au găsit soluția potrivită. Aceștia au creat un tambur vibrator din aluminiu ultra-mic și au putut să-l răcească până la 360 µK, ceea ce este de 10.000 de ori temperatura în profunzimile spațiului.
Diametrul tamburului este de doar 20 micrometri (diametrul unui fir de păr uman este de 40-50 micrometri). A fost posibil să se răcească la temperaturi atât de scăzute, datorită unei noi tehnologii a așa-numitei „lumini stoarse”, în care toate particulele au aceeași direcție. Aceasta elimină vibrațiile generatoare de căldură în laser. Chiar dacă tamburul a fost răcit la cea mai mică temperatură posibilă, acesta nu este cel mai rece tip de materie. Acest titlu aparține condensului Bose - Einstein. Chiar și așa, realizarea joacă un rol important. Într-o zi, o metodă și o tehnologie similare pot găsi aplicația lor pentru a crea electronice ultrarapide, precum și pentru a ajuta la înțelegerea comportamentului ciudat al materialelor din lumea cuantică, apropiindu-se de proprietățile lor la limitele fizice.
Video promotional:
Cea mai strălucitoare lumină
Lumina Soarelui este orbitoare. Acum imaginați-vă lumina unui miliard de sori. El a fost cel care a fost creat recent de către fizicieni în laborator, de fapt, care a creat cea mai strălucitoare lumină artificială de pe Pământ, care, în plus, se comportă într-un mod foarte imprevizibil. Schimbă aspectul obiectelor. Totuși, acest lucru nu este disponibil pentru viziunea umană, așa că rămâne să-i luăm pe fizicieni la cuvântul lor.
Gaura neagră moleculară
Un grup de fizicieni au creat recent ceva care se comportă ca o gaură neagră. Pentru a face acest lucru, au luat cea mai puternică sursă de lumină coerentă cu raze X din lume Linac (LCLS) din lume și au folosit-o pentru a ciocni molecule de iodometan și iodobenzen. Inițial, pulsul laser era de așteptat să elimine cea mai mare parte a electronilor de pe orbita atomilor de iod, lăsând un vid în locul lor. În experimentele cu lasere mai slabe, acest gol, de regulă, a fost umplut imediat cu electroni de la limitele exterioare ale orbitei atomice. Când laserul LCLS a lovit, procesul așteptat a început de fapt, dar apoi a urmat un fenomen cu adevărat uimitor. După ce a primit un astfel de nivel de entuziasm, atomul de iod a început să devoreze literalmente electronii din atomii de hidrogen și carbon din apropiere. Din exterior, părea o mică gaură neagră în interiorul moleculei.
Pulsurile laser ulterioare au eliminat electronii atrași, dar golul a tras din ce în ce mai mult. Ciclul s-a repetat până la explodarea întregii molecule. Interesant este că atomul moleculei de iod a fost singurul care a arătat un astfel de comportament. Deoarece este în medie mai mare decât alții, este capabil să absoarbă o cantitate imensă de energie de raze X și să-și piardă electronii originali. Această pierdere lasă atomul cu o sarcină pozitivă suficient de puternică, cu care atrage electroni din alți atomi mai mici.
Hidrogen metalic
A fost numit „Sfântul Graal al fizicii de înaltă presiune”, dar până de curând nimeni nu a reușit să-l obțină. Posibilitatea convertirii hidrogenului în metal a fost anunțată pentru prima dată în 1935. Fizicienii vremii au sugerat că o astfel de transformare poate fi adusă de o presiune foarte puternică. Problema era că tehnologiile de atunci nu puteau crea o astfel de presiune.
În 2017, echipa americană de fizicieni a decis să revină la vechea idee, dar a adoptat o abordare diferită. Experimentul s-a desfășurat în interiorul unui dispozitiv special numit șa de diamant. Presiunea generată de această menghină este produsă de două diamante sintetice situate pe ambele părți ale presei. Datorită acestui dispozitiv, s-a obținut o presiune incredibilă: mai mult de 71,7 milioane psi. Chiar și în centrul pământului, presiunea este mai mică.
Chip computerizat cu celule cerebrale
Într-o zi, lumina ar putea înlocui electricitatea. Fizicienii și-au dat seama de potențialul uimitor al luminii în urmă cu zeci de ani, când a devenit clar că undele de lumină pot călători paralel unul cu celălalt și astfel pot efectua multe sarcini simultane. Electronica noastră se bazează pe tranzistoare pentru a deschide și închide căile pentru electricitate pentru a călători. Această schemă impune multe restricții. Cu toate acestea, oamenii de știință recent au creat o invenție uimitoare - un cip computer care imită munca creierului uman. Datorită folosirii unor fascicule de lumină care interacționează, care funcționează ca neuronii într-un creier viu, acest cip este capabil să se „gândească” foarte repede.
Anterior, oamenii de știință puteau crea, de asemenea, rețele neuronale artificiale simple, dar astfel de echipamente au luat mai multe tabele de laborator. S-a considerat imposibil să se creeze ceva cu aceeași eficiență, dar la o dimensiune mult mai mică. Și totuși, a reușit. Cipul pe bază de siliciu are doar o dimensiune de câțiva milimetri. Și el conduce operații de calcul folosind 16 neuroni integrați. Se întâmplă așa. Chipului este furnizat cu lumină laser, care este împărțită în mai multe fascicule, fiecare conținând un număr de semnal sau informații care variază la nivel de luminozitate. Intensitatea de ieșire a laserelor oferă răspunsul la o problemă numerică sau la orice informație pentru care a fost necesară o soluție.
Forma imposibilă a materiei
Există un tip de materie numită „solid superfluid”. Și, de fapt, această chestiune nu este atât de groaznică pe cât ar putea părea din nume. Cert este că această formă foarte bizară a materiei are o structură cristalină caracteristică solidelor, dar în același timp este un lichid. Acest paradox a rămas nerealizat mult timp. Cu toate acestea, în 2016, două grupuri independente de oameni de știință (americani și elvețieni) au creat materie, care poate fi pe bună dreptate atribuită proprietăților unui solid superfluid. Interesant este că ambele echipe au folosit abordări diferite în crearea acesteia.
Elvețienii au creat condensul Bose-Einstein (cea mai rece materie cunoscută) prin răcirea gazului de rubidiu la temperaturi extrem de scăzute. Apoi, condensatul a fost plasat într-o instalație cu două camere, în fiecare cameră din care au fost instalate oglinzi mici direcționate una spre cealaltă. Razele laser au fost direcționate către camere, ceea ce a declanșat transformarea. Particulele de gaz, ca răspuns la acțiunea laser, au construit structura cristalină a solidului, dar, în general, materia și-a păstrat proprietatea fluidului.
Americanii au obținut o materie hibridă similară bazată pe un condensat de atomi de sodiu, care a fost, de asemenea, puternic răcit și expus la un laser. Acestea din urmă au fost folosite pentru a schimba densitatea atomilor înainte de apariția unei structuri cristaline în formă lichidă.
Lichid de masă negativ
În 2017, fizicienii au creat un lucru cu adevărat mișto: o nouă formă de materie care se îndreaptă spre forța care o respinge. Deși nu este un boomerang, această problemă are ceea ce ați putea numi masă negativă. Cu o masă pozitivă, totul este clar: dați accelerație unui obiect și începe să se deplaseze în direcția în care a fost transmisă această accelerație. Cu toate acestea, oamenii de știință au creat un fluid care funcționează foarte diferit decât orice în lumea fizică. Când este împins, se accelerează până la sursa de accelerație exercitată.
Și din nou, condensul Bose - Einstein a venit la salvare în această chestiune, în rolul căruia au fost răciți atomii de rubidiu la temperaturi ultrale. Astfel, oamenii de știință au obținut un lichid de superfluid cu o masă normală. Apoi au comprimat puternic atomii cu lasere. Apoi, cu al doilea set de lasere, au excitat puternic atomii, atât de mult încât și-au schimbat rotirile. Când atomii au fost eliberați de prinderea laserului, reacția unui lichid obișnuit ar fi dorința de a se deplasa din centrul de fixare, ceea ce poate fi interpretat de fapt ca apăsător. Cu toate acestea, lichidul de superfluid de rubidiu, căruia atomii li s-a acordat o accelerație suficientă, a rămas pe loc atunci când a fost eliberat din prinderea laserului, demonstrând astfel o masă negativă.
Cristale de timp
Când Frank Wilczek, laureatul Nobel, a propus pentru prima dată ideea de cristale de timp, a sunat nebun. Mai ales în partea în care s-a explicat că aceste cristale pot avea mișcare, rămânând în stare de repaus, adică demonstrând cel mai mic nivel de energie al materiei. Părea imposibil, deoarece energia este necesară pentru mișcare, iar teoria, la rândul ei, spunea că practic nu există energie în astfel de cristale. Wilczek credea că mișcarea perpetuă se poate realiza prin schimbarea stării de bază a atomului de cristal de la staționare la periodică. Acest lucru a mers împotriva legilor fizicii cunoscute de noi, dar în 2017, la 5 ani după ce Wilczek a propus acest lucru, fizicienii au găsit o modalitate de a face acest lucru. Drept urmare, la Universitatea Harvard s-a creat un cristal de timp, unde impuritățile azotului „se roteau” în diamante.
Oglinzi Bragg
Oglinda Bragg nu este foarte reflectoare și constă din 1000-2000 de atomi. Dar este capabil să reflecte lumina, ceea ce o face utilă oriunde este nevoie de oglinzi minuscule, cum ar fi în electronice avansate. Forma unei astfel de oglinzi este, de asemenea, neobișnuită. Atomii săi sunt suspendați în vid și seamănă cu un lanț de margele. În 2011, un grup de oameni de știință germani a reușit să creeze o oglindă Bragg, care la acel moment avea cel mai înalt nivel de reflecție (aproximativ 80 la sută). Pentru a face acest lucru, oamenii de știință au combinat 10 milioane de atomi într-o singură structură.
Cu toate acestea, mai târziu, echipele de cercetare din Danemarca și Franța au găsit o modalitate de a reduce semnificativ numărul de atomi necesari, menținând totodată o eficiență reflectorizantă ridicată. În loc să se strângă strâns unul în jurul celuilalt, atomii au fost plasați de-a lungul unei fibre optice microscopice. Odată cu plasarea corectă, apar condițiile necesare - unda de lumină este reflectată direct înapoi la punctul său de origine. Când se transmite lumină, o parte dintre fotoni se desprind din fibră și se ciocnesc cu atomi. Eficiențele reflectoare demonstrate de echipele daneze și franceze sunt foarte diferite și sunt în jur de 10, respectiv 75%. Cu toate acestea, în ambele cazuri, lumina revine (adică este reflectată) la punctul său de origine.
Pe lângă avantajele promițătoare în dezvoltarea tehnologiilor, astfel de oglinzi pot fi utile în dispozitivele cuantice, deoarece atomii folosesc în plus câmpul de lumină pentru a interacționa unul cu celălalt.
Magnet 2D
Fizicienii au încercat să creeze un magnet bidimensional încă din anii ’70, dar au eșuat întotdeauna. Un adevărat magnet 2D trebuie să-și păstreze proprietățile magnetice chiar și atunci când este separat de o stare în care devine bidimensional sau cu un singur atom gros. Oamenii de știință chiar au început să se îndoiască că un astfel de lucru era posibil deloc.
Cu toate acestea, în iunie 2017, fizicienii care folosesc triiodură de crom au fost în sfârșit capabili să creeze un magnet bidimensional. Conexiunea s-a dovedit a fi foarte interesantă din mai multe părți simultan. Structura sa de cristal stratificată este excelentă pentru coniere și, în plus, electronii săi au direcția dorită de rotire. Aceste proprietăți importante permit triiodurii de crom să-și păstreze proprietățile magnetice chiar și după ce structura sa de cristal a fost redusă la grosimea ultimelor straturi atomice.
Primul magnet 2D din lume ar putea fi produs la o temperatură relativ ridicată de -228 grade Celsius. Proprietățile sale magnetice încetează să funcționeze la temperatura camerei, deoarece oxigenul îl distruge. Totuși, experimentele continuă.
NIKOLAY KHIZHNYAK
