Золото остаётся твёрдым даже при кратковременном нагреве до температур, значительно превышающих ранее предполагаемые его пределы. Это может потребовать полного переосмысления того, как материя ведёт себя в экстремальных условиях.
Международная команда учёных использовала мощные и сверхкороткие лазерные импульсы, чтобы нагреть тонкие фрагменты золота за пределы так называемой "катастрофы энтропии" — точки, при которой твёрдое вещество становится слишком горячим, чтобы сопротивляться плавлению, пишет Science Alert.
Это своего рода "точка плавления" для особых случаев, когда привычная физика уже не работает.
В явлении, известном как сверхнагрев, твёрдое вещество может нагреваться настолько быстро, что атомы не успевают перейти в жидкое состояние. Кристаллы могут сохранять свою структуру даже далеко за пределами стандартной температуры плавления — пусть и на очень короткое время.
Обычно катастрофа энтропии наступает при температуре, втрое превышающей стандартную точку плавления. Однако, применив новый метод расчёта энергии отражённых рентгеновских лучей для точного измерения поглощённого тепла, учёные обнаружили, что золото может быть нагрето до температуры, в 14 раз превышающей этот предел, прежде чем оно перейдёт в жидкое состояние.
Детали прошедшего исследования
Как бы удивительно это ни звучало, результаты исследования не нарушают законы термодинамики — они лишь показывают, что иногда реакции происходят слишком быстро, чтобы законы термодинамики успели вступить в силу. Похоже, что атомам золота просто некуда двигаться в течение кратчайшего мгновения, и тепловая энергия рассеивается, прежде чем структура разрушится.
Исследователям удалось достичь температуры в примерно 18 700 градусов Цельсия, при этом золото сохраняло твёрдую структуру более 2 пикосекунд (одна пикосекунда — это триллионная доля секунды). Этого оказалось достаточно, чтобы учёные засомневались в существующих моделях.
"Это измерение не только превзошло ранее предсказанные границы катастрофы энтропии, но и предполагает гораздо более высокий порог сверхнагрева твёрдых тел, тем самым переписывая фундаментальное понимание стабильности твёрдой фазы при экстремальных условиях", — пишут исследователи в своей статье.
Последствия этих открытий захватывают воображение: возможно, у некоторых твёрдых тел вообще нет фиксированной точки плавления, по крайней мере в условиях сверхбыстрого нагрева.
В чем польза полученных результатов
Новые данные окажутся полезными во множестве областей — от столкновений астероидов в космосе до процессов в ядерных реакторах на Земле. Учёные теперь смогут лучше понимать, что происходит в таких кратковременных, но экстремальных событиях.
Авторы планируют в будущем исследовать, ведут ли себя другие материалы так же, как золото, а также глубже изучить явление катастрофы энтропии — по сути, перерисовать карту существования твёрдого состояния.
"Возможно, мы думали, что решили этот вопрос ещё в 1980-х с введением предела сверхнагрева, но теперь я думаю, это снова открытая тема", — сказал физик Томас Уайт из Университета Невады.
Другие интересные научные новости
Ранее УНИАН сообщал, что ядерная зима будет еще хуже, чем предполагалось.В самом худшем случае ядерное оружие нанесет ущерб атмосфере, постепенно сокращая ежегодное производство кукурузы на 87%.
Кроме того, падение температуры может продлиться более 10 лет.
Также мы рассказывали, что ученые сделали парадоксальное открытие о жуках в самой старой пустыне на Земле.
При смертельной температуре тела 51° самцам пустынного жука Намибского жука приходится искать способы уменьшить количество тепла, получаемого ими на солнце.
