Команда UMass Amherst обнаружила исключение из законов термодинамики

0 0

Группа исследователей под руководством аспиранта-физика из Массачусетского университета в Амхерсте недавно сделала удивительное открытие, которое они назвали "жидкостью, восстанавливающей форму". Это открытие противоречит некоторым устоявшимся представлениям, основанным на законах термодинамики. В исследовании, опубликованном в Nature Physics, подробно описывается смесь масла, воды и намагниченных частиц, которая при встряхивании всегда быстро разделяется на части, напоминающие классические изогнутые линии греческой урны. Томас Рассел, заслуженный профессор Сильвио О. Конте в области науки и инженерии полимеров в Университете Массачусетса в Амхерсте и один из старших авторов статьи призвал аудиторию представить любимую заправку для итальянского салата, которая состоит из масла, воды и специй, и перед тем, как полить им салат, его нужно взболтать, чтобы все ингредиенты перемешались.

Именно специи, эти маленькие кусочки чего-то ещё, позволяют воде и маслу, которые обычно не смешиваются, смешаться. Этот процесс называется эмульгированием и описывается законами термодинамики.

Томас Рассел, заслуженный профессор Сильвио О. Конте в области науки и инженерии полимеров в Университете Массачусетса в Амхерсте

Эмульгирование лежит в основе широкого спектра технологий и применений, выходящих далеко за рамки приправ. Однажды аспирант Массачусетского университета в Амхерсте Энтони Рейх смешивал в лаборатории партию этой научной "заправки для салата", чтобы посмотреть, что он может создать. Только вместо специй он использовал намагниченные частицы никеля, "потому что, когда жидкость содержит магнитные частицы, можно создавать всевозможные интересные материалы с полезными свойствами. В рзультаие специалист приготовил смесь, взболтал её — "и, к его полному удивлению, смесь приняла форму красивой, цельной урны". Сколько бы раз он ни встряхивал и как бы сильно ни встряхивал, форма урны всегда возвращалась.

"Я подумал: "Что это такое?" Поэтому я ходил взад-вперёд по коридорам факультета науки и инженерии полимеров, стучался в двери своих профессоров и спрашивал, не знают ли они, что происходит.

Энтони Рейх, аспирант Массачусетского университета в Амхерсте

Ученый добавил, что никто не знал ответа. Однако эта ситуация привлекла внимание Рассела и Дэвида Хоугланда, профессоров науки и инженерии полимеров в Университете Массачусетса в Амхерсте, авторов статьи и специалистов по мягким материалам. Команда провела эксперименты и обратилась к коллегам из университетов Тафтса и Сиракуз, чтобы смоделировать процесс. Совместная работа показала, что магнетизм, сильный магнетизм, объясняет необъяснимое явление, обнаруженное Рейхом.

Если вы внимательно посмотрите на отдельные наночастицы намагниченного никеля, которые образуют границу между водой и маслом.... вы можете получить очень подробную информацию о том, как собираются различные формы. В этом случае частицы намагничены настолько сильно, что их сборка препятствует процессу эмульгирования, который описывается законами термодинамики.

Дэвид Хоугланда, исследователь

Как правило, частицы, добавленные в смесь масла и воды, снижают натяжение на границе раздела двух жидкостей, позволяя им смешиваться. Но в данном случае достаточно сильно намагниченные частицы на самом деле увеличивают межфазное натяжение, искривляя границу между маслом и водой. Рассел подчеркнул, что когда удается увидеть что-то, что не должно быть возможным, то важно организовать "расследование" причин. Пока что унового открытия пока нет практического применения. Райх с нетерпением ждёт, как это невиданное ранее состояние может повлиять на область физики в сфере мягких материалов.

Таинственное происхождение культового шлема из Саттон-Ху удалось раскрыть благодаря Дании.