U nevjerojatnom svijetu fizike nemoguće, iako ne odmah, ali svejedno postaje moguće. I u posljednje vrijeme znanstvenici su uspjeli postići stvarno super nemoguće stvari. Znanost napreduje. Samo jedno čudovište od tjestenine zna što nas još očekuje u svojim najtajnijim utrobama. Danas ćemo analizirati desetak nerealnih stvari, stanja i objekata koji su postali mogući zahvaljujući modernoj fizici.
Nevjerojatno niske temperature
U prošlosti, znanstvenici nisu uspjeli ohladiti predmete ispod takozvane "kvantne granice". Da bi se nešto ohladilo do takvog stanja, potrebno je koristiti laser s vrlo sporo pokretnim atomima i suzbiti vibracije koje stvaraju toplinu koje stvaraju.
Međutim, fizičari su našli pravo rješenje. Stvorili su ultra tanki aluminijski vibrirajući bubanj i uspjeli su ga ohladiti na 360 µK, što je 10.000 puta niže od temperature u samim dubinama prostora.
Promjer bubnja je samo 20 mikrometara (promjer ljudske dlake je 40-50 mikrometara). Bilo je moguće ohladiti ga na tako ultra-niske temperature zahvaljujući novoj tehnologiji takozvanog "stisnutog svjetla", u kojem sve čestice imaju isti smjer. Ovo uklanja lasere koje stvaraju vibracije u laseru. Iako je bubanj ohlađen na najnižu moguću temperaturu, to nije najhladnija vrsta materije. Ovaj naslov pripada Bose - Einstein kondenzatu. Usprkos tome, postignuća igra važnu ulogu. Budući da jednog dana slična metoda i tehnologija mogu naći svoju primjenu za stvaranje ultrabrze elektronike, kao i pomoć u razumijevanju čudnog ponašanja materijala u kvantnom svijetu, koji se po svojstvima približavaju fizičkim granicama.
Promotivni video:
Najsvjetlije svjetlo
Sunčeva svjetlost je zasljepljujuće jaka. Sada zamislite svjetlost milijardu sunca. Upravo su ga nedavno stvorili fizičari u laboratoriju, ustvari stvorivši najsjajniju umjetnu svjetlost na Zemlji, koja se, osim toga, ponaša na vrlo nepredvidiv način. Mijenja izgled predmeta. Međutim, to ljudskoj viziji nije dostupno, pa ostaje uzeti fizičarima na riječ.
Molekularna crna rupa
Nedavno je skupina fizičara stvorila nešto što se ponaša kao crna rupa. Da bi to učinili, uzeli su najmoćniji svjetski rendgenski svjetlosni koherentni izvor svjetlosti (LCLS) i iskoristili ga za sudar molekula jodometana i jodbenzena. U početku se očekivalo da će laserski impuls izbaciti većinu elektrona iz orbite jod-atoma, ostavljajući vakuum na svom mjestu. U eksperimentima sa slabijim laserima ta je praznina u pravilu odmah bila ispunjena elektronima iz najudaljenijih granica atomske orbite. Kad je LCLS laser pogodio, očekivani proces se zapravo pokrenuo, ali tada je uslijedio doista nevjerojatan fenomen. Primijetivši takvu razinu uzbuđenja, atom joda počeo je doslovno proždirati elektrone iz obližnjih atoma vodika i ugljika. Izvana je izgledalo poput sićušne crne rupe u molekuli.
Naknadni laserski impulsi otkidali su privučene elektrone, ali praznina se povlačila u sve više i više. Ciklus se ponavljao dok čitava molekula nije eksplodirala. Zanimljivo, atom molekule joda bio je jedini koji je pokazao takvo ponašanje. Budući da je u prosjeku veći od ostalih, može apsorbirati ogromnu količinu rendgenske energije i izgubiti izvorne elektrone. Taj gubitak ostavlja atomu dovoljno snažnog pozitivnog naboja, kojim privlači elektrone iz drugih, manjih atoma.
Metalni vodik
Nazivali su ga "Svetim gralom fizike visokog pritiska", ali donedavno ga nitko nije uspio dobiti. Mogućnost pretvaranja vodika u metal prvi je najavljena 1935. godine. Tadašnji fizičari sugerirali su da se takva transformacija može dogoditi vrlo jakim pritiskom. Problem je bio u tome što tadašnje tehnologije nisu mogle stvoriti takav pritisak.
Godine 2017. američki tim fizičara odlučio se vratiti staroj ideji, ali zauzeo je drugačiji pristup. Eksperiment je proveden unutar posebnog uređaja zvanog dijamantnim vijcima. Tlak generiran ovim vijcima stvaraju dva sintetička dijamanta smještena na obje strane preše. Zahvaljujući ovom uređaju postignut je nevjerojatan pritisak: više od 71,7 milijuna psi. Tlak je čak i u središtu zemlje niži.
Računalni čip sa stanicama mozga
Udahnuvši život elektronici, svjetlost bi jednog dana mogla zamijeniti struju. Fizičari su shvatili nevjerojatan potencijal svjetlosti prije desetljeća, kada je postalo jasno da svjetlosni valovi mogu putovati paralelno jedni s drugima i tako obavljati brojne istodobne zadatke. Naša se elektronika oslanja na tranzistore kako bi otvorili i zatvorili putove za struju. Ova shema nameće mnoga ograničenja. Međutim, nedavno su znanstvenici stvorili nevjerojatan izum - računalni čip koji oponaša rad ljudskog mozga. Zahvaljujući upotrebi interaktivnih zraka svjetlosti koji djeluju poput neurona u živom mozgu, ovaj je čip vrlo brzo u stanju "razmišljati".
Prije su znanstvenici također mogli stvoriti jednostavne umjetne neuronske mreže, ali takva je oprema uzela nekoliko laboratorijskih tablica. Smatralo se da je nemoguće stvoriti nešto s istom učinkovitošću, ali u mnogo manjoj veličini. I ipak je uspio. Čip na bazi silicija veličine je samo nekoliko milimetara. I provodi računske operacije koristeći 16 integriranih neurona. Dešava se ovako. Na čip se dovodi lasersko svjetlo koje je podijeljeno u nekoliko snopova od kojih svaka sadrži signalni broj ili informacije koje se razlikuju u razini svjetline. Izlazni intenzitet lasera daje odgovor na brojčani problem ili bilo koju informaciju za koju je potrebno rješenje.
Nemogući oblik materije
Postoji vrsta materije koja se zove "super tekuća kruta tvar". A u stvari, to nije tako strašno kao što bi moglo izgledati iz imena. Činjenica je da ovaj vrlo bizaran oblik materije ima kristalnu strukturu karakterističnu za krute tvari, ali istodobno je i tekućina. Taj paradoks je dugo ostao nerealiziran. Međutim, 2016. godine dvije su neovisne skupine znanstvenika (američki i švicarski) stvorili materiju, kojoj se s pravom mogu pripisati svojstva suvišne tekućine. Zanimljivo je da su oba tima koristila različite pristupe u kreiranju.
Švicarci su stvorili Bose-Einsteinov kondenzat (najhladniju poznatu tvar) hlađenjem plinova rubidijom do ekstremno niskih temperatura. Zatim se kondenzat postavi u dvokomornu instalaciju, u svaku su komoru ugrađena mala ogledala usmjerena jedno prema drugom. Laserske zrake bile su usmjerene u kamere, što je pokrenulo transformaciju. Čestice plina, kao odgovor na djelovanje lasera, izgradile su kristalnu strukturu krutine, ali općenito je stvar zadržala svojstvo tekućine.
Amerikanci su dobili sličnu hibridnu materiju koja se temelji na kondenzatu natrijevih atoma, koji je također bio snažno ohlađen i izložen laseru. Potonji su korišteni za pomicanje gustoće atoma prije pojave kristalne strukture u tekućem obliku.
Tečnost negativne mase
U 2017. godini fizičari su stvorili stvarno cool stvar: novi oblik materije koji se kreće prema sili koja je odbija. Iako zapravo nije bumerang, ova materija ima ono što biste mogli nazvati negativnom masom. Sa pozitivnom masom, sve je jasno: dajete ubrzanje nekom predmetu, a on se počinje kretati u smjeru u kojem je to ubrzanje preneseno. Međutim, znanstvenici su stvorili tekućinu koja djeluje vrlo drugačije od bilo čega u fizičkom svijetu. Kada se gurne, ubrzava do izvora ubrzanja koje se vrši.
I opet je u tom pitanju spasio Bose - Einstein kondenzat, u čijoj su ulozi bili atomi rubidija, ohlađeni na najniže temperature. Tako su znanstvenici dobili super tekućinu s normalnom masom. Tada su snažno komprimirali atome laserom. Zatim su drugim setom lasera snažno uzbudili atome, toliko da su im promijenili spinove. Kad bi se atomi oslobodili laserskog stiska, reakcija obične tekućine bila bi pomicanje iz središta fiksacije, što se zapravo može protumačiti kao guranje. Međutim, tekućina tekućine rubidij, čiji su atomi dobili dovoljno ubrzanje, ostala je na mjestu kada se oslobodi iz laserskog stiska, pokazujući tako negativnu masu.
Vremenski kristali
Kad je Frank Wilczek, nobelovac, prvi put predložio ideju o vremenskim kristalima, zvučalo je suludo. Naročito u onom dijelu u kojem je objašnjeno da ti kristali mogu imati gibanje, dok ostaju u stanju mirovanja, odnosno demonstriraju najnižu razinu energije materije. Činilo se nemogućim, budući da je za kretanje potrebna energija, a teorija je zauzvrat govorila da u takvim kristalima nema energije. Wilczek je vjerovao da se vječno kretanje može postići promjenom osnovnog stanja atoma kristala iz stacionarnog u periodično. To je bilo u suprotnosti s zakonima fizike koji su nam poznati, ali 2017. godine, 5 godina nakon što je Wilczek to predložio, fizičari su pronašli način kako to učiniti. Kao rezultat toga, na Sveučilištu Harvard stvoren je kristal vremena, gdje su se nečistoće dušika "rotirale" u dijamantima.
Bragg ogledala
Bragg-ovo ogledalo nije vrlo reflektirajuće i sastoji se od 1000-2000 atoma. Ali može reflektirati svjetlost, što ga čini korisnim tamo gdje su potrebna mala ogledala, poput napredne elektronike. Oblik takvog ogledala je također neobičan. Njegovi atomi su suspendirani u vakuumu i nalikuju lancu kuglica. Godine 2011. njemačka skupina znanstvenika uspjela je stvoriti Bragg-ovo zrcalo koje je u to vrijeme imalo najvišu razinu refleksije (oko 80 posto). Da bi to učinili, znanstvenici su kombinirali 10 milijuna atoma u jednoj rešetkanoj strukturi.
Međutim, kasnije su istraživački timovi iz Danske i Francuske pronašli način da značajno smanje broj potrebnih atoma, zadržavši visoku reflektivnu učinkovitost. Umjesto da se čvrsto međusobno čvrsto povezuju, atomi su smješteni duž mikroskopskog optičkog vlakna. Uz pravilno postavljanje, nastaju potrebni uvjeti - svjetlosni val se reflektira izravno natrag do svoje točke nastanka. Pri prenošenju svjetlosti neki se fotoni odvajaju od vlakana i sudaraju s atomima. Reflektivnost učinkovitosti koju su pokazali danski i francuski timovi vrlo je različita i kreće se oko 10 odnosno 75 posto. Međutim, u oba slučaja svjetlost se vraća (tj. Reflektira se) do svoje početne točke.
Osim obećavajućih prednosti u razvoju tehnologija, takva zrcala mogu biti korisna u kvantnim uređajima, jer atomi dodatno koriste svjetlosno polje za interakciju jedni s drugima.
2D magnet
Fizičari su pokušavali stvoriti dvodimenzionalni magnet od 1970-ih, ali uvijek nisu uspjeli. Pravi dvodimenzionalni magnet mora zadržati svoja magnetska svojstva čak i kada je odvojen do stanja gdje postaje dvodimenzionalan ili samo jedan atom debljine. Znanstvenici su čak počeli sumnjati da je takvo uopće uopće moguće.
Međutim, u lipnju 2017., fizičari koji koriste krom trijodid konačno su mogli stvoriti dvodimenzionalni magnet. Veza se pokazala s nekoliko strana odjednom. Njegova slojevita kristalna struktura izvrsna je za sužavanje, a osim toga, njeni elektroni imaju željeni smjer vrtnje. Ova važna svojstva omogućuju krom trijodidu da zadrži svoja magnetska svojstva čak i nakon što se njegova kristalna struktura smanji na debljinu posljednjih atomskih slojeva.
Prvi svjetski 2D magnet mogao bi se proizvesti na relativno visokoj temperaturi od -228 Celzijevih stupnjeva. Njegova magnetska svojstva prestaju raditi na sobnoj temperaturi, jer ga kisik uništava. Međutim, eksperimenti se nastavljaju.
NIKOLAY KHIZHNYAK