Niemożliwy scenariusz: naukowcy obserwowali ruch ciepła przy prędkości dźwięku

Data:

2019-03-25 16:30:08

Przegląd:

847

Ranking:

1Kochać 0Niechęć

Udział:

Niemożliwy scenariusz: naukowcy obserwowali ruch ciepła przy prędkości dźwięku Source:

Ryan Duncan zamarł. Tylko że spędził nowy eksperyment badania zwykłego grafitu — tego samego, ich rdzenia ołówka — ale wyniki wydawały się niemożliwe fizycznie: ciepło, które zazwyczaj rozprasza powoli przechodził przez grafit z prędkością dźwięku. To tak, jakby postawić garnek z wodą na gorący olej i zamiast odliczać długie minuty, dopóki woda się nie zagotuje, obserwować, jak ona od razu gotować.

Z jaką prędkością rozchodzi się ciepło?

Nic Dziwnego, że Duncan, absolwent mit, nie mogłem uwierzyć własnym oczom. Aby upewnić się, że on się nie pomylił, miał cztery razy dokładnie sprawdzić wszystko, co było w instalacji, ponownie uruchomić eksperyment i zrobić dobry przerwę. "Próbowałem spać, wiedząc, że nie mogę ustalić, czy eksperyment udany, czy nie, jeszcze kilka godzin, ale odłączyć było dość trudne", wspomina. Kiedy następnego dnia rano budzik Duncana dzwoni, on już w piżamie pobiegł do komputera i przeglądałem nowe pomiary. Wyniki był ciągle to samo: ciepło poruszało się bardzo szybko.

Wyniki swojej pracy Duncan opublikował w czasopiśmie "Science". Zjawisko to, znane jako "drugi dźwięk", prowadzi fizyków w zachwyt — częściowo dlatego, że może utorować drogę do zaawansowanej микроэлектронике, a częściowo dlatego, że to bardzo dziwne zjawisko.

Aby zrozumieć, po prostu wyobraź sobie, jak ciepło przemieszcza się w powietrzu. Jest ono tolerowane molekułami, które stale zderzają się między sobą i rozpraszają ciepło we wszystkich kierunkach: do przodu, w bok i nawet temu. Ta fundamentalna nieefektywność sprawia, że przewodzenie ciepła stosunkowo powolna (promienna ciepło, w porównaniu, porusza się z prędkością światła w postaci promieniowania podczerwonego). Ta sama powolność jest zapisywany dla ciepła, które przechodzi przez ciało stałe. Tutaj фононы (pakiety akustycznej wibracyjnej energii) przenoszą ciepło jak molekuły w powietrzu, pozwalając mu rozproszone we wszystkich kierunkach i powoli się rozpadać. "Trochę na to wygląda, jeśli umieścić kroplę barwnika do wody i dać mu wyciec", mówi Kate Nelson, doradca Duncana . "Ja nie porusza się po linii prostej jak strzała, od miejsca trafienia". Ale właśnie to jest konsekwencją Duncan otrzymał z eksperymentu. W drugim dźwięku odwrotne rozpraszanie fononów mocno подавилось, w wyniku czego ciepło udał się do przodu. Ruch волновое. "Jeśli jesteś w basenie i uruchomić od siebie falę, odejdzie. Ale dla ciepła to zaburzenia zachowania".

Drugi dźwięk po raz pierwszy został wykryty w ciekłym helu 75 lat temu i później jeszcze w trzech ciałach stałych. "Wszystkie znaki wskazywały na to, że będzie on ograniczony niewielką ilością materiałów i objawiać się w bardzo niskich temperaturach". Naukowcy myśleli, że się w impasie. Nie było jasne, co jeszcze może być drugi dźwięk poza naukowego zatwierdzenia, dlatego od wielu lat obszar ten był bez wiadomości.

Jednak znaczące ulepszenia w numerycznym modelowaniu pomogły ożywić ten obszar około pięć lat temu, naukowcy uznali, że to zjawisko może być bardziej powszechne. Ganges Chen, inżynier z mit, na przykład, mógł przewidzieć, że drugi dźwięk może przejawić się w graficie w dość łagodnych temperaturach. Ta przepowiednia зарядило Duncana, który sprawdził go i w końcu natknąłem się na sprzeczne wyniki.

Po pierwsze, Duncan zawiódł ciepło w próbki grafitu za pomocą dwóch skrzyżowanych laserowe wiązki do tworzenia interferencja wzory — na przemian jasne i ciemne obszary, które odpowiadają na grzebieniu i впадинам nadjeżdżających fal świetlnych. Na początku grzebienie ogrzewano grafit, a ubytki pozostawały chłodne. Ale jak tylko Duncan musiał wyłączyć lasery, obraz miała zacząć powoli zmieniać, a ciepło — płynąć z gorących grzbietów w zimne ubytki. Eksperyment osiągnął swojego końca, gdy cały próbka osiągnie jednorodnej temperatury. Przynajmniej tak się zazwyczaj dzieje. Ale gdy lasery przestały świecić, grafitu były inne plany: ciepło nadal płynąć, dopóki gorące fale stały się zimniejsze, niż ubytki. Jakby gotująca stała się lodu w momencie, kiedy ją wyłączyć, a nie ostygła stopniowo do temperatury otoczenia. "To dziwne — ciepło nie powinno się tak robić".

A już na pewno nie powinno się tak robić przy takich wysokich temperaturach. Również eksperyment Duncana pozwolił ustawić limit wysokiej temperatury, w której przejawia się drugi dźwięk: około 120 Kelvina — ponad 10 razy wyższa, niż w trakcie poprzednich pomiarów.

Jakie praktyczne zastosowania takie wyniki znaleźć w przyszłości? Po pierwsze, manipulacji z temperaturą, a nie z криогенным powietrzem, bardziej praktyczne. Po drugie, grafit — dość popularny materiał. Te dwie właściwości pomogą inżynierom pokonać dotkliwy problem zarządzania ciepłem w микроэлектронике. Tylko wyobraź sobie, że ciepło będzie wygasać z prędkością dźwięku, pozwalając materiałów i urządzeń do ostygnięcia znacznie szybciej.

Omówić otwarcie można w Телеграме.

Bardziej:

Czy melatonina może pomóc w leczeniu koronawirusa?

Czy melatonina może pomóc w leczeniu koronawirusa?

Niektórzy lekarze uważają, że hormon snu pomaga w koronawirusie Wydaje się, że na liście potencjalnych metod leczenia COVID-19, które naukowcy zaproponowali na kilka miesięcy pandemii, innego uzupełnienia: melatoniny. Lekarz w Teksasie mówi, że już l...

W jakich krajach mieszkają najbardziej aktywni ludzie?

W jakich krajach mieszkają najbardziej aktywni ludzie?

W jakich krajach ludzie więcej chodzą i uprawiają sport? Przekonajmy się. Aktywność fizyczna, wraz z prawidłowym odżywianiem, jest uważana za jeden z głównych czynników zdrowego stylu życia. Liczne badania naukowe wykazały, że regularne ćwiczenia i c...

Co to jest

Co to jest "hormon miłości", a kto go brakuje?

Oksytocyna - hormon miłości Organizm ludzki wytwarza ogromną różnorodność hormonów, z których każdy wykonuje swoje zadanie. Na przykład, wiele znanych endorfin przynieść ludziom poczucie radości, i nadmiar kortyzolu sygnalizuje stresujący stan osoby....

Uwaga (0)

Ten artykuł nie ma komentarzy, bądź pierwszy!

Dodaj komentarz

Nowości

Rodzą się pierwsze w historii makaki-резусы z nasienia w jądrach mrożonych

Rodzą się pierwsze w historii makaki-резусы z nasienia w jądrach mrożonych

Procedura, która obejmuje usuwanie i zamrożenie niedojrzałej tkanki jąder z późniejszego jej implantacją, doprowadziła do pierwszego urodzenia żywe zdrowe małpy. Technika ta teoretycznie może pomóc chłopcom допубертатного okresu, ...

Oficjalnie potwierdzone wymieranie pierwszego gatunku ssaka z powodu globalnego ocieplenia

Oficjalnie potwierdzone wymieranie pierwszego gatunku ssaka z powodu globalnego ocieplenia

Australijskie władze oficjalnie uznały wymieranie pierwszego gatunku ssaka z powodu globalnych zmian klimatu. Chodzi o рифовой мозаичнохвостой szczur (Melomys rubicola). Wiadomość o tym w nowym raporcie, w którym rząd Australii ró...

NASA chce poznać jeszcze jedną asteroidę za pomocą nowego automatyczne sondy

NASA chce poznać jeszcze jedną asteroidę za pomocą nowego automatyczne sondy

kontrolna w przemyśle kosmicznym NASA rozważa możliwość uruchomienia automatycznej sondy do badania jeszcze jednego dużego asteroidy w układzie Słonecznym – Atena. Według danych portalu Space.com decyzja o wysłaniu urządzenia do o...

Naukowcy znaleźli różnice między seryjnymi mordercami płci męskiej i żeńskiej

Naukowcy znaleźli różnice między seryjnymi mordercami płci męskiej i żeńskiej

W zdecydowanej większości seryjnymi mordercami są mężczyźni, ale w tej historii jest również istnieje wiele dowodów na to, że mogą być i kobiety. W ogóle, pierwszym seryjnym mordercą w historii można uznać za kobietę imieniem , kt...

W nowym eksperymencie NASA, astronauci będą dwa miesiące leżeć na łóżku

W nowym eksperymencie NASA, astronauci będą dwa miesiące leżeć na łóżku

Kosmiczne podróże w stanie nieważkości wywierają na organizm człowieka destrukcyjny wpływ. Dzięki ziemskiej grawitacji ludzie chcąc nie chcąc, muszą utrzymać swoje ciało, a ich mięśnie są stale trenują. Przy zerowej grawitacji lud...

Dlaczego z wiekiem czas płynie szybciej, niż w dzieciństwie?

Dlaczego z wiekiem czas płynie szybciej, niż w dzieciństwie?

W trakcie dorastania praktycznie u każdego człowieka ma się wrażenie, że czas się mocno przyspieszone — wydawałoby się, że dopiero niedawno się obudził, a już najwyższy czas iść spać. Od wielu lat naukowcy próbowali ustalić przycz...

Gruźlica może być pokonany do 2045 roku

Gruźlica może być pokonany do 2045 roku

może wykorzenić gruźlica do 2045 roku, jeśli walka ze śmiertelną chorobą będzie prawidłowo finansowana, oświadczyła grupa międzynarodowych ekspertów. Ich zdaniem, zaniechanie spowoduje ogromne ekonomiczne i społeczne koszty, a św...

Сверхпроводящие нанопровода planują wykorzystać do poszukiwania ciemnej materii

Сверхпроводящие нанопровода planują wykorzystać do poszukiwania ciemnej materii

Jeden z największych naukowych poszukiwań naszego czasu — to polowanie na ciemną materię. Fizycy uważają, że substancja ta wypełnia wszechświat i myślą, że mogą zobaczyć dowód tego, jak obracają się galaktyki. Rzecz w tym, że gala...

Twórca wirtualnych asystentów uważa, że są oni skazani bez nowego podejścia w dziedzinie AI

Twórca wirtualnych asystentów uważa, że są oni skazani bez nowego podejścia w dziedzinie AI

Borys Katz zbudował karierę, pomagając maszyn do opanowania języka. Uważa on, że w obecnych technologii AI za mało, aby zrobić Siri lub Alexa naprawdę inteligentnych. Siri, Alexa, Home — technologii, które analizują język, coraz c...

Jak zły sen prowadzi do sercowe choroby i śmierci?

Jak zły sen prowadzi do sercowe choroby i śmierci?

Według danych Światowej organizacji zdrowia, przyczyną 31% wszystkich zgonów na świecie są choroby układu krążenia. Rozwijają się one w złym odżywianiu, palenie, brak aktywności fizycznej i złym czasie snu. Jeśli naukowcom już wia...

Asteroida Benn był bardziej aktywny, niż sądzono

Asteroida Benn był bardziej aktywny, niż sądzono

Badanie powierzchni asteroidy Benn z pomocą statku kosmicznego OSIRIS-REx odkrywał ciekawe funkcje tego małego ciała niebieskiego. Okazuje się, że obiekt jest pokryty znacznie większą ilością kraterów, niż zakładano, a także emitu...

Udowodniono, że niektórzy ludzie mogą czuć zmiany w polu magnetycznym

Udowodniono, że niektórzy ludzie mogą czuć zmiany w polu magnetycznym

Wielu przedstawicieli świata zwierzęcego, w tym niektóre gatunki ptaków, żółwi morskich, a także niektórych rodzajów bakterii posiadają specjalny "system nawigacji", która pozwala im czuć i wykorzystać pole magnetyczne Ziemi jako ...

Japońska sonda

Japońska sonda "Хаябуса-2" odbędzie się bombardowania asteroidy Рюгу 5 kwietnia

Japońska agencja badań kosmicznych (JAXA) poinformował o dalszych planach dotyczących misji statku kosmicznego "Хаябуса-2", który w zeszłym miesiącu wylądował na asteroidzie Рюгу i jego gruntu, po tym, jak strzelił do powierzchni ...

Odkryto nowy gatunek węży, które mogą atakować nawet nie otwierając ust

Odkryto nowy gatunek węży, które mogą atakować nawet nie otwierając ust

Ludzie już planują przenieść się na inne planety, choć jeszcze nie do końca zbadane swoją własną. od czasu do czasu naukowcy odkrywają zupełnie nieznane wcześniej gatunki zwierząt — na przykład, niedawno w afrykańskim kraju Gwinea...

Naukowcy zrobili krok do znalezienia lekarstwa na raka prostaty

Naukowcy zrobili krok do znalezienia lekarstwa na raka prostaty

prostaty jest jedną z głównych przyczyn śmierci wśród mężczyzn, po choroby serca, raka płuc i czerniaka. Według danych Światowej organizacji zdrowia, do 65-70 lat z tą straszną chorobą boryka się co czwarty mężczyzna. Prawdopodob...

Boeing zaczął aktualizacja oprogramowania po katastrofie z 737 MAX

Boeing zaczął aktualizacja oprogramowania po katastrofie z 737 MAX

Boeing przystąpił do aktualizacji swojego oprogramowania na swoich 737 MAX po tym, jak francuscy śledczy przeanalizowali dane z czarnej skrzynki" z jednej z dwóch śmiertelnych wypadków z udziałem samolotów, które wydarzyły się prz...

Tajemniczy

Tajemniczy "rada etyki" DeepMind przejmie kontrolę ogólny AI, jeśli ten pojawi się

Rada etyki był ściśle strzeżoną tajemnicą, odkąd Google nabył tę firmę w rozwoju sztucznej inteligencji w 2014 roku. Jednak nowy reportaż Hala Ходсона z The Economist rzuca światło na to, jak pojawił się rada etyki i do czego jest...

Naukowcy pokazywali, jak człowiek rozpoznaje różne smaki jedzenia

Naukowcy pokazywali, jak człowiek rozpoznaje różne smaki jedzenia

Każdy dzień spożywamy jedzenie różne posiłki — słodkie, gorzkie, słone. Oczywiście, przede wszystkim za określenie smaki odpowiadają receptory na żarówki języka, ale w każdym przypadku uzyskane informacje nadal są przetwarza...

Komórki są

Komórki są "proce" dla własnego przyspieszenia

Jesteśmy nawet świadomi, że nawet w spoczynku naszych ciał wielu komórki są stale w ruchu. Istnieje wiele typów migracji komórek, ale naukowcy z uniwersytetu Michigan odkryli jeszcze jeden, który jest niezwykle zaskakujący i bardz...

Naukowcy wezwali do światowego zakazu wykorzystania technologii genetycznego edycji CRISPR

Naukowcy wezwali do światowego zakazu wykorzystania technologii genetycznego edycji CRISPR

W zeszłym roku chiński genetyka Hae Цзянькуй, mimo zakazu, działających na terenie Chin, przeprowadził bardzo wątpliwe z punktu widzenia moralności i etyki w генному edycji zarodkowych komórek ludzkich, w wyniku czego na świat prz...