четвер, 6 вересня, 2018, 12:23 Світ
Вчені експериментально спростували один з основоположних законів сучасної фізики
<nbsp;>

Вчені провели новий нано-експеримент, завдяки якому спростували один з основоположних законів сучасної фізики. Результати дослідження можуть змінити наше розуміння передачі енергії.

Закон випромінювання Планка був в центрі інтенсивних експериментів протягом майже цілого століття. Однак в результаті нового аналізу вчені виявили, що він не працює на найменших масштабах. Поки не ясно, що саме це означає для науки, але зазвичай, коли закони перестають працювати, можна очікувати нових відкриттів. Це вплине не тільки на атомну фізику, а й на всю науку в цілому, включаючи формування планет і кліматичні моделі. Дослідження було опубліковане в журналі Nature, пише naked-science.

Цей фундаментальний закон квантової фізики нещодавно експериментально випробували дослідники з університету Мічігану і Коледжу Вільгельма і Марії, які вирішили з’ясувати, чи зможе віковий закон описати теплове випромінювання наномасштабних об’єктів.

Закон не спрацював: результати експерименту перевищили передбачене число в 100 разів. Отже, наномасштабні об’єкти мають здатність випромінювати та поглинати тепло набагато ефективніше, ніж можуть пояснити існуючі моделі.

«У фізиці завжди так. Важливо вимірювати що-небудь експериментально, але потрібно і безпосередньо розуміти, що відбувається», – розповівє фізик з Коледжу Вільгельма і Марії Мумтаз Казілбаш.

Дослідження радіаційної передачі тепла між субхвильовими структурами. Фото: William and Mary/University of Michigan
Дослідження радіаційної передачі тепла між субхвильовими структурами. Фото: William and Mary/University of Michigan

Фізики, добре знайомі з динамікою електромагнетизму, прекрасно розуміють, що дивацтва в так званому ближньому полі – звичайна справа. З одного боку, співвідношення між електричним і магнітним аспектами електромагнітного поля стають складнішими через це відкриття.

Те, як саме це вплине на взаємодію нагрівання об’єктів, вже досліджували раніше. Тоді вчені встановили великі відмінності в тому, як, згідно з Планком, тепло поширюється в ближньому полі по відношенню з дальнім полем. Однак це має значення, тільки якщо розрив обмежений відстанню менше довжини хвилі випущеного випромінювання. Що можна сказати про розміри самих об’єктів?

Перед дослідниками стояло непросте завдання. Їм треба було спроектувати об’єкти розміром менше 10 мікрон (приблизна довжина хвилі в інфрачервоному світлі). Вчені використовували дві мембрани з нітриду кремнію завтовшки в півмікрона, між якими була відстань, достатня для того, щоб вважатися далеким полем. Нагрівання однієї і вимірювання іншої дозволили протестувати закон Планка з досить високим ступенем точності.

«Закон випромінювання Планка каже, що якщо ви застосуєте ідеї, сформульовані ним, до двох об’єктів, то отримаєте певну ступінь передачі енергії між ними, – пояснює Казілбаш. – Ми експериментально спостерігали, що ця ступінь в 100 разів перевищує показники, передбачені законом Планка, якщо об’єкти вкрай малі».

Казілбаш порівнює це з ударами по гітарній струні в різних місцях по її довжині.

Ця аналогія добре підходить для візуалізації феномена, але точне розуміння фізики проведеного експерименту може мати серйозні наслідки – і не тільки для нанотехнологій. Така надефективна ступінь передачі енергії може сильно змінити наше розуміння передачі тепла в атмосфері або в охолодженні тіла розміром з планету.

* Якщо Ви знайшли помилку в тексті новини, виділіть її та натисніть Ctrl+Enter.
реклама
більше новин
Top
2018-09-18 22:30 :00