MY.UAНовини
Термодинаміка, ти де? Фізики нагріли золото до 18726 °C і не розплавили
Термодинаміка, ти де? Фізики нагріли золото до 18726 °C і не розплавили

Термодинаміка, ти де? Фізики нагріли золото до 18726 °C і не розплавили

Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

Американські фізики з Університету Невади в Ріно провели незвичайний експеримент, нагрівши золото лазерами до 18 тис. 726°C. На якісь трильйонні долі секунди метал залишався твердим і не бажав плавитись.

«Ми були здивовані, виявивши в цих перегрітих твердих тілах набагато вищу температуру, ніж спочатку очікували. Це не було нашою початковою метою, але в цьому й полягає суть науки – відкривати нові явища, про існування яких ви й не підозрювали», — зазначає керівник експерименту Том Уайт. 

Закони термодинаміки встановлюють чітку верхню межу кількості тепла, яке може поглинути тверде тіло без фазового переходу у рідкий стан. Перевищення цієї межі веде до так званої «ентропійної катастрофи» — критичної точки, у якій невпорядкований стан атомів твердого тіла перевищує  аналогічний стан рідини, що порушує другий закон термодинаміки.

Цей поріг було встановлено приблизно на рівні трьох температур плавлення матеріалу. Все, що вище, вважалося неможливим. У новому дослідженні Том Уайт та його колеги використовували точно налаштований лазер для нагрівання золотої плівки завтовшки 50 нанометрів. Вже через 45 фемтосекунд, що менше, ніж необхідно світлу, аби подолати товщину людського волосся, атоми золота почали шалено вібрувати. 

Використовуючи лінійний прискорювач когерентного світла у Національній прискорювальній лабораторії SLAC у Каліфорнії, науковці опромінювали перегріте золото імпульсами надяскравого рентгенівського випромінювання. Розсіяні рентгенівські фотони демонстрували швидкість коливання атомів. Це дозволяло дослідникам безпосередньо вимірювати температуру іонів. 

У 1988 році фізики Ганс Фехт та Вільям Джонсон представили концепцію «ентропійної катастрофи», стверджуючи, що жодне тверде тіло не може мати більшу ентропію за власний рідинний аналог. Однак ці обмеження справедливі лише за певних умов, коли матеріали нагріваються достатньо повільно для підтримання теплової рівноваги. 

Новий експеримент Тома Уайта та його команди дозволив обійти ці обмеження. Дослідники нагрівали золото швидше, ніж його атоми встигали перебудуватись. 

«Важливо прояснити, що ми не порушили другий закон термодинаміки. Ми продемонстрували, що цих катастроф можна уникнути, якщо нагрівати матеріали дуже швидко — у нашому випадку за трильйонні частки секунди», — пояснює Том Уайт. 

Схема експериментальної установки/Nature

Успішність експерименту вдалось забезпечити завдяки використанню непружного розсіювання рентгенівських променів — способу, схожого з вимірюванням швидкості атомного радара. Під час зіткнення рентгенівських променів з вібруючими атомами, їхня частота трохи зміщується внаслідок ефекту Доплера. Чим ширше розкид частот розсіяних фотонів, тим гарячіше атоми.

«У нас є гарні методи вимірювання щільності та тиску цих систем, але не температури. У цих дослідженнях температури завжди оцінюються з величезними похибками, що справді підкріплює наші теоретичні моделі», — підкреслив науковий співробітник SLAC та один із керівників дослідження Боб Наглер. 

Використовуючи кілька сотень розсіяних рентгенівських фотонів, дослідники отримали достовірні показання температури безпосередньо, без застосування моделювання. Розуміння того, як ведуть себе матеріали в умовах екстремальних температур та тиску, є ключем для проєктування термоядерних реакторів, моделювання надр інших планет та інших нагальних питань науки.

Дослідники, що вивчають «щільну теплу матерію» — екзотичний стан, що спостерігається у надрах планет-гігантів і у перші миті термоядерних реакцій, тривалий час працювали з невизначеністю, пов’язаною з вимірюванням теплових характеристик. Це дослідження пропонує новий прямий метод калібрування таких моделей.

Для досліджень у галузі інерційного термоядерного синтезу необхідно знати, наскільки гарячими стають мішені з термоядерного палива під час схлопування. Новий метод дозволяє проводити подібні вимірювання. Дослідники вважають, ґрунтуючись на попередніх даних, що срібло також може перевершити свою межу ентропії.

Зазвичай, в умовах традиційного нагріву та плавління, тепло виводить атоми зі стану рівноваги і порушує впорядковану кристалічну гратку. Однак в цьому експерименті на це просто не було часу. Кристалічна гратка золота не мала змоги розширитись. Дослідники стверджують, що відсутність розширення запобігла настанню ентропійної катастрофи. Без розширення ентропія твердого тіла ніколи не призводитиме до фазового переходу. 

Спецпроєкти

«Перетин двох кривих ентропії ефективно усувається надшвидким інтенсивним нагріванням. Перегрів може не мати верхньої межі», — переконують дослідники. 

Тепер завдання полягає в тому, щоб зрозуміти, наскільки поширене це явище. Чи можуть інші метали поводитися так само? Чи можна це використовувати для створення матеріалів з новими властивостями?

Результати дослідження опубліковані у журналі  Nature

Джерело: ZME Science

Поділитися
Поділитися сюжетом
Джерело матеріала
"Ніколи в житті": дружина Віктора Павліка розповіла про проблеми з їхнім сином
GlavRed
2025-10-30T04:27:52Z
Фронтмен Maneskin Даміано Давід уперше одружується - ЗМІ
GlavRed
2025-10-30T01:27:25Z
Майкл Дуглас не втомлюється нагадувати про війну в Україні - як актор підтримав нашу країну
GlavRed
2025-10-30T00:27:04Z
"Не має бути чоловіка поруч": Тіна Кароль заговорила про нове заміжжя
GlavRed
2025-10-29T23:27:37Z
Не лише улюблені "Бріджертони": серіали, зняті за мотивами книг
24tv
2025-10-29T22:48:08Z
"Воно: Ласкаво просимо до Деррі": найцікавіше про серіал і де його дивитися в Україні
24tv
2025-10-29T22:00:28Z
YouTube-канал Фінчер Кубриком радить кіно для справжніх гурманів
CutInsight
2025-10-29T20:57:59Z
Беріть плед і гаряче какао: 3 фільми для перегляду в дощовий день
24tv
2025-10-29T20:36:48Z
Винник, який рідко з'являється на публіці, несподівано показався в обіймах Данилка
24tv
2025-10-29T20:03:10Z
УЗ повідомила про затримку потягів через ворожі удари і знеструмлення
Украинская правда
2025-10-30T04:15:59Z
Тарифи на водовідведення: на скільки та чому зростуть платіжки
Знай
2025-10-30T04:06:36Z
Дефіцит продуктів у Львівській області: до чого готуватися українцям
Политека
2025-10-30T04:00:33Z
Черговий збій у Microsoft Azure порушив роботу кількох авіаоператорів
InternetUA
2025-10-30T01:03:55Z
Польща віддавна була в енергетичній коаліції з Україною - експерт
УкраинФорм
2025-10-30T00:57:28Z
MT: Нафтова імперія «Лукойлу» на межі краху
ZN UA
2025-10-29T23:12:48Z
Продукти знову дорожчають: які ціни та коли неприємно здивують українців
GlavRed
2025-10-29T22:27:10Z
Публічні інвестиції України: оновлений Єдиний проєктний портфель
Хвиля
2025-10-29T21:12:52Z
Українські овочі стануть люксовим товаром: експерт назвав реальні ціни на огірки та помідори взимку
Хвиля
2025-10-29T20:45:37Z
Зло має бути знищене: про співчуття російським окупантам
GlavRed
2025-10-30T04:27:07Z
Обстріл Запоріжжя та Київщини, зустріч Трампа та Сі: головне за ніч
ГЛАВКОМ NET
2025-10-30T04:03:43Z
Трамп наказав Пентагону негайно розпочати випробування ядерної зброї
ГЛАВКОМ NET
2025-10-30T03:51:10Z
Ганьба і брехня, – голова угорської громади жорстко пройшовся по антиукраїнських діях в Угорщині
24tv
2025-10-30T03:33:47Z
Нова Зеландія запровадила санкції проти «тіньового флоту» Росії
ГЛАВКОМ NET
2025-10-30T03:19:29Z
У Європарламенті хочуть обмежити доступ до пропагандистських сайтів РФ у своїх мережах
InternetUA
2025-10-30T03:03:41Z
Сирія залучила $28 мільярдів інвестицій після падіння режиму Асада - президент
УкраинФорм
2025-10-30T03:03:06Z
Сі Цзіньпін відзначив миротворчу місію Трампа
ГЛАВКОМ NET
2025-10-30T02:45:22Z
Зустріч лідерів США і Китаю: Трамп засипав похвалою Сі Цзіньпіна
Украинская правда
2025-10-30T02:45:06Z
Запоріжжя під масованою атакою балістики: у місті прозвучала серія вибухів
GlavRed
2025-10-30T04:27:06Z
На Франківщині лунали вибухи – ЗМІ
Украинская правда
2025-10-30T04:09:22Z
В Івано-Франківську та на Хмельниччині пролунали вибухи: крилаті ракети долетіли на захід України
ZN UA
2025-10-30T04:09:18Z
Інтернет-шахраї ошукали чотирьох українців на понад 120 тисяч гривень
InternetUA
2025-10-30T03:48:48Z
«Укрзалізниця» попередила про затримку потягів через обстріли
ГЛАВКОМ NET
2025-10-30T03:03:25Z
Німеччина екстрадувала в Україну підозрюваного у виготовленні та збуті психотропів
УкраинФорм
2025-10-30T02:30:35Z
Запорізька область під масованою атакою ворога – ОВА
Украинская правда
2025-10-30T02:24:37Z
Атака дронів: на Київщині поранена жінка, пошкоджені будинки та автомобілі
УкраинФорм
2025-10-30T01:18:46Z
Москву знову атакують дрони: у місті – вибухи, аеропорти зачиняються
24tv
2025-10-30T01:12:36Z
Найщиріші привітання з Днем ангела Зеновія 2025: теплі слова у прозі й віршах
24tv
2025-10-30T04:03:54Z
Зимова допомога від Мінсоцполітики: хто отримає та коли розпочнуться виплати
ГЛАВКОМ NET
2025-10-30T03:57:57Z
Росіяни запустили по Україні "Калібри", ті вже на території країни
ZN UA
2025-10-30T02:42:48Z
Комбінована атака РФ: ворог запустив по Україні дрони та ракети
УкраинФорм
2025-10-30T02:33:08Z
У Росії діятиме цілорічний призов: майор у відставці припустив, куди можуть кинути мобілізованих
24tv
2025-10-30T02:30:39Z
Кабмін ухвалив низку рішень для посилення підтримки українців у працевлаштуванні
УкраинФорм
2025-10-30T02:30:30Z
Оператори дронів знищили дві гармати і САУ росіян
УкраинФорм
2025-10-30T01:36:42Z
Дніпропетровщина готова ділитися з європейцями досвідом, набутим за час війни - Лукашук
УкраинФорм
2025-10-30T01:36:23Z
«Шахеди» над Україною, «тушки» злетіли: повітряна тривога шириться
GlavRed
2025-10-30T01:27:28Z
Посилити відповідальність: чим загрожують незареєстровані ветеринарні препарати
AgroPortal
2025-10-30T04:00:33Z
Україна співпрацюватиме з Європейським центром профілактики та контролю захворювань
Хвиля
2025-10-30T02:30:23Z
У МОЗ розповіли, як лікарні підготувалися до зими та можливих відключень світла
УкраинФорм
2025-10-29T23:00:04Z
Кожна третя дитина в Україні перебуває у стані підвищеного стресу – дослідження
iPress
2025-10-29T20:33:06Z
ЄС погодив додаткові €50 мільйонів на реконструкцію українських лікарень
УкраинФорм
2025-10-29T17:15:06Z
Журавлина: користь і властивості, як правильно зберігати ягоди
Комсомольская правда
2025-10-29T15:00:48Z
Хірурги пересадили пацієнту нирку генетично модифікованої свині: чим все закінчилось
TSN
2025-10-29T11:21:03Z
Як ветеранам отримати безкоштовну реабілітацію: покрокова інструкція від партії "Слуга Народу"
VGorode
2025-10-29T10:24:52Z
Новий тип імунних клітин може стати «готовою» терапією проти раку
ГЛАВКОМ NET
2025-10-29T09:33:07Z
Спортивний кросовер Range Rover готує радикальне оновлення
Топ Жир
2025-10-30T00:27:12Z
Водії вантажівок тепер здають тести з англійської мови під наглядом камер
Топ Жир
2025-10-29T23:57:48Z
Хтось заплатив сотні тисяч доларів за автомобіль, який General Motors намагалися викреслити з історії
Топ Жир
2025-10-29T23:42:51Z
Велика ставка General Motors на електромобілі провалилася, що призвело до раптового звільнення тисяч працівників
Топ Жир
2025-10-29T23:15:21Z
Керівник Stellantis вважає, що Tesla може зникнути протягом наступного десятиліття
Топ Жир
2025-10-29T22:27:54Z
Нова версія Mini від Пола Сміта втілює витончену стильність
Топ Жир
2025-10-29T21:42:30Z
Seat надав своїм двом найпопулярнішим моделям більш вишуканий вигляд
Топ Жир
2025-10-29T20:27:34Z
Porsche зіткнувся з митними зборами, і хто, як ви думаєте, знову сплачує рахунок
Топ Жир
2025-10-29T19:42:02Z
Цукор у бензобаку: механік розкрив всю правду про «солодку диверсію»
GlavRed
2025-10-29T19:27:54Z
Гороскоп на завтра 31 жовтня: Тельцям - зрив планів, Близнюкам - удача
GlavRed
2025-10-30T04:27:53Z
Росія масовано тероризує Україну дронами та ракетами: які наслідки атаки
24tv
2025-10-30T04:24:35Z
У Києві судитимуть організаторів мережі нелегальних онлайн-казино з оборотом ₴83 мільйони
УкраинФорм
2025-10-30T04:24:13Z
Удар по Запоріжжю: є поранені
ГЛАВКОМ NET
2025-10-30T04:18:15Z
Шість китайських знаків зодіаку, які 30 жовтня притягнуть удачу та гроші
TSN
2025-10-30T04:18:13Z
В Україні хмарно з проясненнями: погода на 30 жовтня 2025
ГЛАВКОМ NET
2025-10-30T04:12:01Z
Запоріжжя під обстрілом: російські снаряди влучили у гуртожиток, зруйновано кілька поверхів
ГЛАВКОМ NET
2025-10-30T04:06:25Z
Подорожчання проїзду в Одеській області: кому доводиться платити найбільше
Политека
2025-10-30T03:30:09Z
Росія запустила по Україні балістику: під ударом Запоріжжя та Дніпро, ворог атакує "кинджалами"
Фокус
2025-10-30T03:21:09Z
Відкриються двері достатку: чотирьом знакам зодіаку доля готує сюрприз
GlavRed
2025-10-30T04:27:20Z
Тест на IQ: знайдіть 3 відмінності на картинках чоловіка з ноутбуком за 75 сек
GlavRed
2025-10-30T04:27:05Z
Найвідоміша замкова щілина світу: де її шукати та чому це роблять мільйони туристів
24tv
2025-10-30T03:24:22Z
Шедевр галицької кухні: як приготувати знамениту весільну капусту
24tv
2025-10-29T21:24:55Z
Кращий за Тенерифе: новий курорт із сонячною погодою набирає популярності серед туристів
24tv
2025-10-29T21:24:53Z
Ще не все втрачено: як врятувати сирі дрова, щоб вони ще горіли
24tv
2025-10-29T21:24:38Z
Несподіване місце в будинку: одяг і постільна білизна висохнуть в одну мить
GlavRed
2025-10-29T20:27:13Z
Класика, яку любитимуть завжди: смажені пиріжки з картоплею, як колись на базарі
24tv
2025-10-29T20:21:36Z
Секрет рясного врожаю: чим накрити полуницю, щоб вона не вимерзла взимку
Знай
2025-10-29T19:51:27Z
Кінець цивілізації: вчені ошелешили несподіваним прогнозом
GlavRed
2025-10-30T04:27:02Z
YouTube оновлює правила для відео з ігровим контентом: кого торкнуться зміни
InternetUA
2025-10-30T04:03:35Z
Кремль посилює технічні можливості контролю за інтернетом - ЦПД
InternetUA
2025-10-29T23:39:17Z
Павло Дуров анонсував Cocoon: нову платформу для безпечних обчислень ШІ
InternetUA
2025-10-29T23:27:51Z
Із ChatGPT масово спілкуються люди з психічними розладами: чим це загрожує
TSN
2025-10-29T22:18:21Z
"Знаю, але не можу довести": звідки з'явився вірусний мем, що заполонив соцмережі
24tv
2025-10-29T21:12:34Z
Нова енциклопедія Маска цитує кремлівські джерела у статтях про війну в Україні
iPress
2025-10-29T20:33:40Z
Які сім речей можуть передбачити коти - відповідь здивує багатьох
GlavRed
2025-10-29T20:27:02Z
Холод і iPhone — чому смартфон постійно "гасне" на морозі
InternetUA
2025-10-29T19:51:43Z
100 днів до Олімпіади-2026: НОК України презентував нову форму збірної
ZN UA
2025-10-30T00:12:49Z
«Я програв багато матчів, але...»: Туран розповів, що зламало гру «Шахтаря»
GlavRed
2025-10-29T23:27:28Z
Продовжив феєричний вечір. Артем Довбик забив у ворота «Парми»
ГЛАВКОМ NET
2025-10-29T23:27:10Z
Арсенал зіграє з Крістал Пелес, Ман Сіті — з Ярмолюком: результати жеребкування 1/4 Кубка ліги
Football.ua
2025-10-29T22:51:43Z
"У Динамо кращий тренер": Арда Туран видав гарячий спіч після вильоту Шахтаря з Кубка України
24tv
2025-10-29T22:15:02Z
Серія А: Дженоа з Маліновським поступилася Кремонезе, Інтер розгромив Фіорентину
Football.ua
2025-10-29T22:09:42Z
"Рома" з голом Довбика вийшла в лідери чемпіонату Італії
ZN UA
2025-10-29T22:06:21Z
Роман Яремчук став автором дубля у матчі Кубка Греції
ГЛАВКОМ NET
2025-10-29T21:57:14Z
Поки Михавко забиває у свої: захисник Динамо відзначився важливим голом у Європі
24tv
2025-10-29T21:57:07Z