Kvantinio pasaulio ypatumai: stiklas lydosi ir šaldomas

Primary tabs

Kvantinė mechanika, pradėta plėtoti viso labo tik praėjusiojo amžiaus 3 – ajame dešimtmetyje, vaidina nepaprastai svarbų vaidmenį aiškinant, kas lemia medžiagos egzistavimą. Skirtingas medžiagos rūšis sudarančios elementariosios dalelės, pavyzdžiui, elektronai, protonai ar neutronai, neblogai aprašomos kvantinės fizikos modeliais. Tačiau netgi dabar, prabėgus 90 metų, kvantinės mechanikos pasaulyje atrandami nauji dėsningumai, o vienas iš jų leidžia žvilgtelėti į tai, kas iš pažiūros atrodo neįmanoma.

Profesorius Eranas Rabanis (Eran Rabani) iš Tel Avivo universiteto Chemijos mokyklos (Izraelis) kartu su kolegomis iš Kolumbijos universiteto (JAV) atrado naują kvantinės mechanikos efektą, pasireiškiantį stiklą suformuojančiuose skysčiuose. Mokslininkai nustatė, jog stiklą galima išlydyti ne kaitinant, o atšaldant iki temperatūros, artimos absoliučiam nuliui (-273.15 oC).

Pasak profesoriaus, šis naujasis atradimas, parengtas spausdinimui prestižiniame „Nature Physics“ žurnale, kol kas nėra pritaikomas praktiškai. Tačiau žinodami, kodėl medžiagos taip elgiasi, tyrėjai gali tikėtis praktinio proveržio ateityje. „Šitas reikalas įdomus tuo, kad dėl kvantinio pasaulio ypatumų mes galime išlydyti stiklą jį šaldydami, – pasakoja E. Rabanis. – Juk paprastai stiklas išlydomas jį kaitinant“.

Klasikinė fizika mokslininkams leidžia būti tikriems dėl makroskopinių objektų savybių. Tačiau persikėlus į atominį – molekulinį lygmenį, dėl dvilypumo principo, smulkius objektus leidžiančio aprašyti tiek dalelių, tiek bangų savybėmis, tuo pačiu laiko momentu neįmanoma nustatyti tikslaus molekulės greičio ir tikslios jos vietos erdvėje. Šis faktas yra žinomas kaip Heizenbergo neapibrėžtumo principas. Remdamiesi šiuo principu, E. Rabanis kartu su kolegomis sugebėjo atskleisti stebinantį stiklo elgesį.

Daugelis skirtingų medžiagų, aptinkamų Žemėje, pavyzdžiui, silicio dioksidas (SiO2), gali bent jau teoriškai virsti stiklu, jeigu tik jas pakankamai sparčiai atvėsinsime. Tačiau naujasis profesoriaus E. Rabanio ir jo kolegų bandymas rodo, jog esant ypatingai žemai temperatūrai (vos keliems laipsniams aukščiau už absoliutų nulį), stiklas gali išsilydyti.

Pasak tyrėjų, viskas priklauso nuo to, kaip molekulės išsidėsto medžiagoje. Tam tikru vėsimo fazės metu medžiaga gali virsti stiklu ir tuomet vėl pereiti į skystąją būseną – jeigu susidaro tinkamos sąlygos.

„Mes tikimės, jog ateityje laboratoriniai eksperimentai patvirtins mūsų spėjimus“, – teigia jis, optimistiškai nusiteikęs naujojo reiškinio atžvilgiu.

Mokslininkus tyrimams įkvėpė Nobelio premijos laureatas Filipas V. Andersonas (Philip W. Anderson), paskelbęs, jog klasikinio stiklo elgesys yra vienas iš svarbiausių nesuprastų reiškinių kondensuotųjų medžiagų fizikoje. Po tokio pareiškimo mokslininkų komandos visame pasaulyje ėmėsi intensyvių tyrimų.

Iki pat dabar niekas nesidomėjo struktūriniais kvantiniais stiklais – kitaip tariant, medžiagomis, kurios gaunamos sumaišius unikalias stiklo savybes su kvantiniais reiškiniais. E. Rabanis nepabūgo garsiai paklausti: ar perėję į kvantinį pasaulį vis dar galėsime išvysti klasikinio stiklo požymių?

Minėtųjų mokslininkų komanda sugebėjo suprasti, jog kvantiniai stiklai pasižymi unikaliomis iki tol neregėtomis savybėmis.

Facebook komentarai: