Dalam dunia fizik yang menakjubkan, yang mustahil, walaupun tidak segera, tetapi tetap menjadi mungkin. Dan akhir-akhir ini, para saintis berjaya mencapai perkara yang sangat mustahil. Sains semakin maju. Hanya satu raksasa pasta yang tahu apa lagi yang menanti kita dalam usus yang paling rahsia. Hari ini kita akan menganalisis selusin perkara, keadaan dan objek yang tidak nyata yang menjadi mustahil berkat fizik moden.
Suhu yang sangat rendah
Pada masa lalu, saintis tidak dapat menyejukkan objek di bawah ambang yang disebut "had kuantum". Untuk menyejukkan sesuatu ke keadaan seperti itu, perlu menggunakan laser dengan atom yang bergerak perlahan dan menekan getaran yang menghasilkan haba yang dihasilkannya.
Walau bagaimanapun, ahli fizik telah menemui jalan penyelesaian yang tepat. Mereka mencipta drum getaran aluminium yang sangat kecil dan mampu menyejukkannya hingga 360 µK, iaitu 10,000 kali suhu di kedalaman ruang.
Diameter dram hanya 20 mikrometer (diameter rambut manusia adalah 40-50 mikrometer). Adalah mungkin untuk menyejukkannya ke suhu yang sangat rendah berkat teknologi baru yang disebut "cahaya yang diperah", di mana semua zarah mempunyai arah yang sama. Ini menghilangkan getaran yang menghasilkan haba pada laser. Walaupun dram telah disejukkan ke suhu serendah mungkin, ia bukan jenis bahan yang paling sejuk. Tajuk ini tergolong dalam kondensat Bose - Einstein. Walaupun begitu, pencapaian memainkan peranan penting. Sejak suatu hari kaedah dan teknologi yang serupa dapat menemukan aplikasi mereka untuk membuat elektronik ultrafast, dan juga membantu dalam memahami tingkah laku aneh bahan di dunia kuantum, mendekati sifatnya ke had fizikal.
Video promosi:
Cahaya paling terang
Cahaya Matahari sangat terang. Sekarang bayangkan cahaya sejuta cahaya matahari. Dialah yang baru-baru ini diciptakan oleh ahli fizik di makmal, sebenarnya, telah menciptakan cahaya buatan yang paling terang di Bumi, yang, apalagi, berperilaku dengan cara yang sangat tidak dapat diramalkan. Ia mengubah penampilan objek. Walau bagaimanapun, ini tidak tersedia untuk penglihatan manusia, jadi masih perlu mengambil perhatian ahli fizik.
Lubang hitam molekul
Sekumpulan ahli fizik baru-baru ini mencipta sesuatu yang berkelakuan seperti lubang hitam. Untuk melakukan ini, mereka mengambil sinar sinar X sinar-X terkuat di dunia yang merupakan sumber cahaya koheren (LCLS) dan menggunakannya untuk bertabrakan dengan molekul iodometana dan iodobenzena. Pada mulanya, denyut laser diharapkan dapat melumpuhkan sebahagian besar elektron dari orbit atom yodium, meninggalkan kekosongan di tempat mereka. Dalam eksperimen dengan laser yang lebih lemah, kekosongan ini, sebagai peraturan, segera diisi dengan elektron dari sempadan paling luar orbit atom. Ketika laser LCLS melanda, proses yang diharapkan benar-benar bermula, tetapi kemudian fenomena yang benar-benar menakjubkan berlaku. Setelah mendapat tahap kegembiraan, atom yodium mula memakan elektron dari atom hidrogen dan karbon yang berdekatan. Dari luar, kelihatan seperti lubang hitam kecil di dalam molekul.
Denyutan laser seterusnya mengetuk elektron yang tertarik, tetapi kekosongan semakin banyak. Kitaran diulang sehingga seluruh molekul meletup. Menariknya, atom molekul yodium adalah satu-satunya yang menunjukkan tingkah laku tersebut. Oleh kerana ia rata-rata lebih besar daripada yang lain, ia mampu menyerap sejumlah besar tenaga sinar-X dan kehilangan elektron asalnya. Kerugian ini meninggalkan atom dengan muatan positif yang cukup kuat, dengan mana ia menarik elektron dari atom lain yang lebih kecil.
Hidrogen logam
Itu telah disebut "Holy Grail of High Pressure Physics", tetapi hingga saat ini tidak ada yang berhasil memperolehnya. Kemungkinan menukar hidrogen menjadi logam pertama kali diumumkan pada tahun 1935. Ahli fizik pada masa itu menyatakan bahawa transformasi seperti itu dapat disebabkan oleh tekanan yang sangat kuat. Masalahnya adalah bahawa teknologi pada masa itu tidak dapat menimbulkan tekanan seperti itu.
Pada tahun 2017, pasukan ahli fizik Amerika memutuskan untuk kembali ke idea lama, tetapi mengambil pendekatan yang berbeza. Eksperimen itu dilakukan di dalam alat khas yang disebut intan berlian. Tekanan yang dihasilkan oleh rompi ini dihasilkan oleh dua berlian sintetik yang terletak di kedua-dua sisi penekan. Berkat peranti ini, tekanan luar biasa dicapai: lebih daripada 71.7 juta psi. Walaupun di tengah bumi, tekanannya lebih rendah.
Cip komputer dengan sel otak
Dengan menghidupkan elektronik, cahaya pada suatu hari dapat menggantikan elektrik. Ahli fizik menyedari potensi cahaya yang luar biasa beberapa dekad yang lalu, ketika menjadi jelas bahawa gelombang cahaya dapat bergerak selari antara satu sama lain dan dengan itu melakukan banyak tugas serentak. Elektronik kami bergantung pada transistor untuk membuka dan menutup laluan elektrik untuk bergerak. Skim ini mengenakan banyak sekatan. Walau bagaimanapun, baru-baru ini para saintis telah membuat penemuan yang luar biasa - cip komputer yang meniru karya otak manusia. Berkat penggunaan sinar cahaya yang berinteraksi yang berfungsi seperti neuron di otak yang hidup, cip ini dapat "berfikir" dengan sangat cepat.
Sebelum ini, para saintis juga dapat membuat rangkaian saraf tiruan sederhana, tetapi peralatan tersebut mengambil beberapa jadual makmal. Ia dianggap mustahil untuk membuat sesuatu dengan kecekapan yang sama, tetapi pada ukuran yang jauh lebih kecil. Namun ia berjaya. Cip berasaskan silikon hanya berukuran beberapa milimeter. Dan dia melakukan operasi komputasi menggunakan 16 neuron bersepadu. Ia berlaku seperti ini. Lampu laser dibekalkan ke cip, yang terbahagi kepada beberapa rasuk, yang masing-masing mengandungi nombor isyarat atau maklumat yang berbeza-beza dalam tahap kecerahan. Intensiti keluaran laser memberikan jawapan kepada masalah berangka atau maklumat yang memerlukan penyelesaian.
Bentuk jirim yang mustahil
Terdapat sejenis bahan yang disebut "superfluid solid". Dan sebenarnya, perkara ini tidak seburuk yang kelihatan dari namanya. Faktanya adalah bahawa bentuk bahan yang sangat pelik ini mempunyai ciri struktur kristal bagi pepejal, tetapi pada masa yang sama ia adalah cecair. Paradoks ini tidak dapat direalisasikan sejak sekian lama. Walau bagaimanapun, pada tahun 2016, dua kumpulan saintis bebas (Amerika dan Swiss) mencipta bahan, yang boleh dikaitkan dengan sifat pepejal superfluid. Menariknya, kedua-dua pasukan menggunakan pendekatan yang berbeza dalam menciptanya.
Swiss mencipta kondensat Bose-Einstein (bahan paling sejuk yang diketahui) dengan menyejukkan gas rubidium ke suhu yang sangat rendah. Kemudian kondensat ditempatkan dalam pemasangan dua ruang, di setiap ruang di mana cermin kecil yang diarahkan satu sama lain dipasang. Sinar laser diarahkan ke kamera, yang mencetuskan transformasi. Zarah-zarah gas, sebagai tindak balas terhadap tindakan laser, membina struktur kristal pepejal, tetapi secara amnya bahan tersebut mengekalkan sifat bendalirnya.
Orang Amerika memperoleh bahan hibrida serupa berdasarkan kondensat atom natrium, yang juga disejukkan dengan kuat dan terkena laser. Yang terakhir digunakan untuk mengubah ketumpatan atom sebelum munculnya struktur kristal dalam bentuk cair.
Cecair jisim negatif
Pada tahun 2017, ahli fizik mencipta perkara yang sangat keren: bentuk bahan baru yang bergerak ke arah kekuatan yang menghalaunya. Walaupun sebenarnya bukan bumerang, perkara ini mempunyai apa yang anda sebut sebagai jisim negatif. Dengan jisim positif, semuanya jelas: anda memberikan pecutan pada beberapa objek, dan ia mula bergerak ke arah di mana pecutan ini dihantar. Walau bagaimanapun, saintis telah mencipta cecair yang berfungsi sangat berbeza daripada apa pun di dunia fizikal. Ketika didorong, ia mempercepat ke sumber pecutan yang dilakukan.
Dan sekali lagi kondensat Bose - Einstein membantu dalam masalah ini, yang mana atom rubidium disejukkan ke suhu yang sangat rendah. Oleh itu, saintis telah memperoleh cecair superfluid dengan jisim normal. Kemudian mereka memampatkan atom dengan laser. Kemudian, dengan set laser kedua, mereka sangat menggembirakan atom, sehingga mereka menukar putaran mereka. Apabila atom dibebaskan dari cengkaman laser, reaksi cecair biasa akan menjadi dorongan untuk bergerak dari pusat fiksasi, yang sebenarnya dapat ditafsirkan sebagai mendorong. Walau bagaimanapun, cecair superfluid rubidium, yang atomnya diberi percepatan yang cukup, tetap berada di tempat ketika dilepaskan dari cengkaman laser, sehingga menunjukkan jisim negatif.
Kristal masa
Ketika Frank Wilczek, pemenang Nobel, pertama kali mengemukakan idea tentang kristal masa, itu terdengar gila. Terutama pada bahagian di mana dijelaskan bahawa kristal-kristal ini dapat bergerak, sambil tetap berada dalam keadaan rehat, yang menunjukkan tahap tenaga jirim yang paling rendah. Nampaknya mustahil, kerana tenaga diperlukan untuk pergerakan, dan teori, pada gilirannya, mengatakan bahawa praktikalnya tidak ada tenaga dalam kristal seperti itu. Wilczek percaya bahawa pergerakan berterusan dapat dicapai dengan mengubah keadaan tanah atom kristal dari pegun menjadi berkala. Ini bertentangan dengan undang-undang fizik yang diketahui oleh kita, tetapi pada tahun 2017, 5 tahun setelah Wilczek mencadangkan ini, ahli fizik menemui cara untuk melakukannya. Akibatnya, kristal masa diciptakan di Harvard University, di mana kotoran nitrogen "berputar" dalam berlian.
Cermin bragg
Cermin Bragg tidak terlalu reflektif dan terdiri daripada 1000-2000 atom. Tetapi ia mampu memantulkan cahaya, yang menjadikannya berguna di mana sahaja cermin kecil diperlukan, seperti pada elektronik canggih. Bentuk cermin seperti itu juga tidak biasa. Atomnya digantung dalam vakum dan menyerupai rantai manik. Pada tahun 2011, sekumpulan saintis Jerman dapat membuat cermin Bragg, yang pada masa itu mempunyai tahap refleksi tertinggi (sekitar 80 peratus). Untuk melakukan ini, saintis telah menggabungkan 10 juta atom dalam satu struktur kisi.
Namun, kemudian, pasukan penyelidik dari Denmark dan Perancis menemukan cara untuk mengurangkan jumlah atom yang diperlukan, sambil mengekalkan kecekapan reflektif yang tinggi. Bukannya saling berkerut, atom diletakkan di sepanjang serat optik mikroskopik. Dengan penempatan yang betul, keadaan yang diperlukan timbul - gelombang cahaya dipantulkan langsung kembali ke titik asalnya. Semasa cahaya dipancarkan, beberapa foton keluar dari serat dan bertabrakan dengan atom. Kecekapan reflektif yang ditunjukkan oleh pasukan Denmark dan Perancis sangat berbeza dan masing-masing sekitar 10 dan 75 peratus. Walau bagaimanapun, dalam kedua kes ini, cahaya kembali (yang dipantulkan) ke titik asalnya.
Selain kelebihan yang menjanjikan dalam pengembangan teknologi, cermin seperti itu dapat berguna dalam perangkat kuantum, kerana atom juga menggunakan medan cahaya untuk berinteraksi antara satu sama lain.
Magnet 2D
Ahli fizik telah berusaha mencipta magnet dua dimensi sejak tahun 1970-an tetapi selalu gagal. Magnet 2D yang benar mesti mengekalkan sifat magnetiknya walaupun dipisahkan ke keadaan di mana ia menjadi dua dimensi, atau hanya tebal satu atom. Para saintis bahkan mula meragui bahawa perkara seperti itu mungkin berlaku sama sekali.
Walau bagaimanapun, pada bulan Jun 2017, ahli fizik yang menggunakan kromium triiodida akhirnya dapat membuat magnet dua dimensi. Sambungannya ternyata sangat menarik dari beberapa pihak sekaligus. Struktur kristal berlapisnya sangat baik untuk meruncing, dan, di samping itu, elektronnya mempunyai arah putaran yang diinginkan. Sifat-sifat penting ini membolehkan kromium triiodida mengekalkan sifat magnetiknya walaupun struktur kristalnya dikurangkan hingga ketebalan lapisan atom terakhir.
Magnet 2D pertama di dunia dapat dihasilkan pada suhu yang agak tinggi -228 darjah Celsius. Sifat magnetiknya berhenti berfungsi pada suhu bilik, kerana oksigen merosakkannya. Walau bagaimanapun, eksperimen tetap diteruskan.
NIKOLAY KHIZHNYAK
