Nuostabiame fizikos pasaulyje neįmanoma, nors ne iš karto, bet vis tiek tampa įmanoma. Ir pastaruoju metu mokslininkams pavyko pasiekti tikrai neįmanomų dalykų. Mokslas progresuoja. Tik vienas makaronų pabaisa žino, kas dar laukia mūsų slapčiausių žarnų. Šiandien analizuosime keliolika nerealių dalykų, būsenų ir objektų, kurie tapo įmanomi šiuolaikinės fizikos dėka.
- „Salik.biz“
Neįtikėtinai žemos temperatūros
Anksčiau mokslininkai negalėjo atvėsinti objektų, esančių žemiau vadinamosios „kvantinės ribos“slenksčio. Norint ką nors atvėsinti iki tokios būsenos, būtina naudoti lazerį su labai lėtai judančiais atomais ir slopinti jų generuojamas šilumą sukeliančias vibracijas.
Tačiau fizikai rado tinkamą sprendimą. Jie sukūrė labai mažą aliuminio vibracinį būgną ir sugebėjo jį atvėsinti iki 360 µK, kuris yra 10 000 kartų didesnis už temperatūrą pačiame kosmose.
Būgno skersmuo yra tik 20 mikrometrų (žmogaus plaukų skersmuo yra 40-50 mikrometrų). Jį buvo galima atvėsinti iki tokios žemos temperatūros, nes atsirado nauja vadinamosios „išspaustos šviesos“technologija, kurios metu visos dalelės turi vienodą kryptį. Tai pašalina šilumą generuojančius lazerio virpesius. Nors būgnas buvo atvėsintas iki žemiausios įmanomos temperatūros, tai nėra pati šalčiausia medžiaga. Šis titulas priklauso „Bose - Einstein“kondensatui. Nepaisant to, laimėjimas vaidina svarbų vaidmenį. Kadangi vieną dieną panašus metodas ir technologija gali būti pritaikyti kuriant ypač greitą elektroniką, taip pat padės suprasti keistą medžiagų elgesį kvantiniame pasaulyje, artinantis jų savybėms prie fizinių ribų.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Ryškiausia šviesa
Saulės šviesa akivaizdžiai ryški. Dabar įsivaizduokite milijardo saulės šviesą. Būtent jį neseniai fizikai sukūrė laboratorijoje, iš tikrųjų sukūrę ryškiausią dirbtinę žemę Žemėje, kuri, be to, elgiasi labai nenuspėjamai. Tai keičia objektų išvaizdą. Tačiau tai nėra įmanoma žmogaus regėjimui, todėl belieka paisyti fizikų žodžio.
Molekulinė juodoji skylė
Neseniai fizikų grupė sukūrė tai, kas elgiasi kaip juodoji skylė. Norėdami tai padaryti, jie paėmė galingiausią pasaulyje rentgeno lazerį „Linac Coherent Light Source“(LCLS) ir panaudojo jį jodometano ir jodobenzeno molekulių susidūrimui. Iš pradžių buvo tikimasi, kad lazerio impulsas išmuš didžiąją dalį elektronų iš jodo atomų orbitos, palikdamas vakuumą jų vietoje. Atliekant eksperimentus su silpnesniais lazeriais, ši tuštuma, kaip taisyklė, iškart buvo užpildyta elektronais iš atokiausios atominės orbitos ribų. Kai LCLS lazeris pataikė, iš tikrųjų prasidėjo lauktas procesas, bet tada įvyko tikrai nuostabus reiškinys. Gavęs tokį susijaudinimo lygį, jodo atomas ėmė tiesiogine prasme sunaikinti elektronus iš šalia esančių vandenilio ir anglies atomų. Iš išorės tai atrodė kaip maža juodoji skylė molekulės viduje.
Vėlesni lazerio impulsai išmušė pritrauktus elektronus, tačiau tuštuma traukėsi vis daugiau ir daugiau. Ciklas buvo kartojamas tol, kol visa molekulė sprogo. Įdomu tai, kad jodo molekulės atomas buvo vienintelis, kuris parodė tokį elgesį. Kadangi jis yra vidutiniškai didesnis nei kiti, jis sugeba absorbuoti didžiulį kiekį rentgeno spindulių ir prarasti pradinius elektronus. Dėl šio nuostolio atomas turi pakankamai stiprų teigiamą krūvį, su kuriuo jis traukia elektronus iš kitų, mažesnių atomų.
Metalinis vandenilis
Jis buvo vadinamas „šventuoju aukšto slėgio fizikos graalu“, tačiau iki šiol dar niekam nepavyko jo gauti. Apie galimybę vandenilį paversti metalu pirmą kartą buvo paskelbta 1935 m. Tų laikų fizikai manė, kad tokią pertvarką gali sukelti labai stiprus spaudimas. Problema buvo ta, kad to meto technologijos negalėjo sukurti tokio spaudimo.
2017 m. Amerikos fizikų komanda nusprendė grįžti prie senosios idėjos, tačiau laikėsi kitokio požiūrio. Eksperimentas buvo atliktas specialaus prietaiso, vadinamo deimanto vise, viduje. Šios vazelės sukuriamą slėgį sukuria du sintetiniai deimantai, esantys abiejose spaudos pusėse. Šio prietaiso dėka buvo pasiektas neįtikėtinas slėgis: daugiau nei 71,7 milijono psi. Net žemės centre slėgis yra mažesnis.
Kompiuterio lustas su smegenų ląstelėmis
Kvėpuodami gyvenimu elektronika, šviesa vieną dieną galėtų pakeisti elektrą. Fizikai prieš keletą dešimtmečių suprato nuostabų šviesos potencialą, kai tapo aišku, kad šviesos bangos gali keliauti lygiagrečiai viena kitai ir taip atlikti daugybę vienu metu atliekamų užduočių. Mūsų elektronika priklauso nuo tranzistorių, kad jie galėtų atidaryti ir uždaryti kelius elektrai keliauti. Ši schema nustato daugybę apribojimų. Tačiau neseniai mokslininkai sukūrė nuostabų išradimą - kompiuterio mikroschemą, kuri imituoja žmogaus smegenų darbą. Naudojant sąveikaujančius šviesos pluoštus, kurie veikia kaip neuronai gyvosiose smegenyse, ši mikroschema sugeba labai greitai „galvoti“.
Anksčiau mokslininkai taip pat galėjo sukurti paprastus dirbtinius neuroninius tinklus, tačiau tokiai įrangai prireikė kelių laboratorinių lentelių. Buvo manoma, kad neįmanoma sukurti to paties efektyvumo, bet daug mažesnio dydžio. Ir vis dėlto tai pavyko. Silicio pagrindu pagaminta mikroschema yra tik kelių milimetrų dydžio. Ir jis atlieka skaičiavimo operacijas, naudodamas 16 integruotų neuronų. Tai atsitinka taip. Į lustą tiekiama lazerio šviesa, kuri yra padalinta į keletą pluoštų, iš kurių kiekviename yra signalo numeris arba informacija, kuri skiriasi pagal ryškumą. Lazerių išvesties intensyvumas suteikia atsakymą į skaitinę problemą arba bet kokią informaciją, kuriai reikėjo sprendimo.
Neįmanoma materijos forma
Yra materijos rūšis, vadinama „superfluid solid“. Ir iš tikrųjų šis reikalas nėra toks baisus, kaip gali pasirodyti iš pavadinimo. Faktas yra tas, kad ši labai keista materijos forma turi kristalinę struktūrą, būdingą kietosioms medžiagoms, tačiau tuo pat metu ji yra skystis. Šis paradoksas ilgą laiką liko nerealizuotas. Tačiau 2016 m. Dvi nepriklausomos mokslininkų grupės (Amerikos ir Šveicarijos) sukūrė materiją, kuri pagrįstai gali būti priskirta superfluidiosios kietosios medžiagos savybėms. Įdomu tai, kad abi komandos jį kurdamos naudojo skirtingą požiūrį.
Šveicarai sukūrė Bose-Einšteino kondensatą (šalčiausią žinomą medžiagą) atšaldydami rubidžio dujas iki ypač žemos temperatūros. Tada kondensatas buvo dedamas į dviejų kamerų įrenginį, kurio kiekvienoje kameroje buvo įmontuoti maži veidrodžiai, nukreipti vienas į kitą. Į kameras buvo nukreipti lazerio pluoštai, kurie sukėlė transformaciją. Dujų dalelės, reaguodamos į lazerio veikimą, sukūrė kristalinę kietojo kūno struktūrą, tačiau apskritai medžiaga išlaikė savo skysčio savybes.
Amerikiečiai gavo panašią hibridinę medžiagą, pagrįstą natrio atomų kondensatu, kuri taip pat buvo stipriai atvėsinta ir veikiama lazeriu. Pastarieji buvo naudojami atomų tankiui pakeisti prieš kristalinės struktūros atsiradimą skystoje formoje.
Neigiamas masės skystis
2017 m. Fizikai sukūrė išties šaunų dalyką: naują materijos formą, judančią jį atstumiančios jėgos link. Nors iš tikrųjų nėra bumerangas, šis dalykas turi tai, ką galėtumėte pavadinti neigiama mase. Turint teigiamą masę, viskas yra aišku: kai kuriam objektui suteikiate pagreitį, ir jis pradeda judėti ta linkme, kuria šis pagreitis buvo perduotas. Tačiau mokslininkai sukūrė skystį, kuris veikia labai skirtingai nei bet kas fiziniame pasaulyje. Stumdamas jis pagreitėja iki naudojamo pagreičio šaltinio.
Ir vėl į šį reikalą atėjo „Bose - Einstein“kondensatas, kurio metu rubidžio atomai buvo atšaldyti iki labai žemos temperatūros. Taigi mokslininkai išgavo normalios masės skystį. Tada jie stipriai suspaudė atomus lazeriais. Tada su antruoju lazerių rinkiniu jie stipriai sužadino atomus, tiek, kad pakeitė sukimus. Kai atomai buvo atlaisvinti nuo sukibimo lazeriu, įprasto skysčio reakcija būtų noras judėti iš fiksacijos centro, kuris iš tikrųjų gali būti aiškinamas kaip stumiantis. Tačiau rubidžio super skystas skystis, kurio atomai buvo pakankamai pagreitinti, liko vietoje, kai buvo paleistas iš lazerio rankenos, taip parodydamas neigiamą masę.
Laiko kristalai
Kai Nobelio premijos laureatas Frankas Wilczekas pirmą kartą pasiūlė laiko kristalų idėją, ji nuskambėjo iš proto. Ypač toje dalyje, kurioje buvo paaiškinta, kad šie kristalai gali judėti, likdami ramybės būsenoje, tai yra, parodydami žemiausią materijos energijos lygį. Tai atrodė neįmanoma, nes judėjimui reikalinga energija, o teorija savo ruožtu teigė, kad tokiuose kristaluose energijos praktiškai nebuvo. Wilczekas manė, kad nuolatinį judesį galima pasiekti keičiant kristalo atomo pagrindinę būseną iš nejudančios į periodinę. Tai prieštaravo mums žinomiems fizikos įstatymams, tačiau 2017 m., Praėjus 5 metams po to, kai Wilczekas pasiūlė tai, fizikai rado būdą, kaip tai padaryti. Dėl to Harvardo universitete buvo sukurtas laiko kristalas, kuriame azoto priemaišos „sukasi“deimantuose.
Bragg veidrodžiai
„Bragg“veidrodis nėra labai atspindintis ir susideda iš 1000–2000 atomų. Bet jis gali atspindėti šviesą, todėl yra naudingas ten, kur reikia mažų veidrodžių, pavyzdžiui, pažangioje elektronikoje. Tokio veidrodžio forma taip pat neįprasta. Jos atomai yra pakabinami vakuume ir primena granulių grandinę. 2011 metais vokiečių mokslininkų grupė sugebėjo sukurti Bragg veidrodį, kuris tuo metu turėjo aukščiausią atspindžio lygį (apie 80 procentų). Norėdami tai padaryti, mokslininkai sujungė 10 milijonų atomų vienoje grotelių struktūroje.
Tačiau vėliau tyrimų grupės iš Danijos ir Prancūzijos rado būdą, kaip žymiai sumažinti reikalingų atomų skaičių, išlaikant aukštą atspindžio efektyvumą. Užuot glaudžiai susirišę aplink vienas kitą, atomai buvo dedami išilgai mikroskopinio optinio pluošto. Tinkamai pastačius, susidaro būtinos sąlygos - šviesos banga atsispindi tiesiai atgal į jos pradinę vietą. Praleidžiant šviesą, kai kurie fotonai išsiskiria iš pluošto ir susiduria su atomais. Danijos ir Prancūzijos komandų atspindimi efektyvumo rodikliai yra labai skirtingi ir siekia atitinkamai apie 10 ir 75 procentus. Tačiau abiem atvejais šviesa grįžta (tai yra, atsispindi) į savo ištaką.
Be žadamų pranašumų plėtojant technologiją, tokie veidrodžiai gali būti naudingi ir kvantiniuose prietaisuose, nes atomai papildomai naudoja šviesos lauką, kad sąveikautų tarpusavyje.
2D magnetas
Fizikai nuo 1970-ųjų bandė sukurti dvimatį magnetuką, bet visada nesėkmingai. Tikras 2D magnetas turi išlaikyti savo magnetines savybes, net ir atskyrus iki būklės, kai jis tampa dvimatis arba tik vieno atomo storis. Mokslininkai net pradėjo abejoti, ar toks dalykas išvis yra įmanomas.
Tačiau 2017 m. Birželio mėn. Fizikai, naudojantys chromo trijodidą, pagaliau sugebėjo sukurti dvimatį magnetą. Ryšys pasirodė labai įdomus iš kelių pusių iš karto. Jo sluoksninė kristalų struktūra puikiai tinka siaurėti, be to, jo elektronai turi norimą sukimosi kryptį. Šios svarbios savybės leidžia chromo trijodidui išlaikyti savo magnetines savybes net ir sumažinus jo kristalų struktūrą iki paskutinių atomų sluoksnių storio.
Pirmasis pasaulyje 2D magnetas galėjo būti pagamintas santykinai aukštoje -228 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Jo magnetinės savybės nustoja veikti kambario temperatūroje, nes deguonis jį sunaikina. Tačiau eksperimentai tęsiami.
NIKOLAY KHIZHNYAK