V neverjetnem svetu fizike je nemogoče, čeprav ne takoj, vendar vseeno postane mogoče. In v zadnjem času je znanstvenikom uspelo doseči res super nemogoče stvari. Znanost napreduje. Samo ena pošast testenin ve, kaj nas še čaka v njenih najbolj skrivnih črevesjih. Danes bomo analizirali ducat neresničnih stvari, stanj in predmetov, ki so postali mogoči zahvaljujoč sodobni fiziki.
Neverjetno nizke temperature
V preteklosti znanstveniki niso mogli ohladiti predmetov pod tako imenovano mejo "kvantne meje". Da bi nekaj ohladili do takega stanja, je treba uporabiti laser z zelo počasi gibajočimi se atomi in dušiti toplote, ki jih ustvarjajo.
Vendar so fiziki našli pravo rešitev. Ustvarili so zelo majhen vibracijski boben iz aluminija in ga lahko ohladili na 360 µK, kar je 10.000-krat večja temperatura v samih globinah prostora.
Premer bobna je le 20 mikrometrov (premer človeške dlake je 40-50 mikrometrov). Do tako ultra-nizkih temperatur je bilo mogoče ohladiti zahvaljujoč novi tehnologiji tako imenovane "stisnjene svetlobe", pri kateri imajo vsi delci isto smer. To odpravlja vibracije, ki ustvarjajo toploto v laserju. Kljub temu, da se je boben ohladil na najnižjo možno temperaturo, to ni najhladnejša vrsta snovi. Ta naslov pripada kondenzatu Bose - Einstein. Kljub temu ima dosežek pomembno vlogo. Ker lahko nekega dne podobna metoda in tehnologija najdejo svojo uporabo za ustvarjanje zelo hitre elektronike, pa tudi za pomoč pri razumevanju nenavadnega vedenja materialov v kvantnem svetu, ki se po svojih lastnostih približa fizičnim mejam.
Promocijski video:
Najsvetlejša luč
Sončeva svetloba je slepo svetla. Zdaj si predstavljajte svetlobo milijarde soncev. Prav njega so pred kratkim ustvarili fiziki v laboratoriju, pravzaprav pa ustvarili najsvetlejšo umetno svetlobo na Zemlji, ki se poleg tega obnaša na zelo nepredvidljiv način. Spreminja videz predmetov. Vendar to človeškemu vidu ni na voljo, zato je treba še naprej sprejeti fizike na njihovo besedo.
Molekularna črna luknja
Skupina fizikov je pred kratkim ustvarila nekaj, kar se obnaša kot črna luknja. V ta namen so vzeli najmočnejši rentgenski laser Linac Coherent Light Source (LCLS) in ga uporabili za trčenje molekul jodometana in jodbenzena. Sprva naj bi laserski impulz izločil večino elektronov iz orbite jodnih atomov, na njihovem mestu je pustil vakuum. V poskusih s šibkejšimi laserji so to praznino praviloma takoj zapolnili z elektroni z najbolj oddaljenih meja atomske orbite. Ko je laser LCLS zadel, se je pričakovani postopek dejansko začel, a je sledil resnično neverjeten pojav. Ko je bil deležen takšne stopnje vznemirjenja, je atom joda dobesedno požrl elektrone iz bližnjih atomov vodika in ogljika. Od zunaj se je zdelo kot drobna črna luknja znotraj molekule.
Kasnejši laserski impulzi so odgnali privlačene elektrone, a praznina se je vlekla v vedno več. Cikel se je ponavljal, dokler celotna molekula ni eksplodirala. Zanimivo je, da je bil atom molekule joda edini, ki je pokazal takšno vedenje. Ker je v povprečju večji od drugih, lahko absorbira ogromno količino rentgenske energije in izgubi svoje prvotne elektrone. Ta izguba pušča atom z dovolj močnim pozitivnim nabojem, s katerim privablja elektrone iz drugih, manjših atomov.
Kovinski vodik
Imenovali so ga "sveti gral fizike visokega tlaka", vendar ga do nedavnega ni uspelo dobiti. Možnost pretvorbe vodika v kovino je bila prvič najavljena leta 1935. Takratni fiziki so predlagali, da lahko takšno preobrazbo prinese zelo močan pritisk. Težava je bila v tem, da takratne tehnologije niso mogle ustvariti takšnega pritiska.
Leta 2017 se je ameriška ekipa fizikov odločila, da se vrne k stari ideji, vendar je uporabila drugačen pristop. Poskus je bil izveden v posebni napravi, imenovani diamantni tulci. Tlak, ki ga ustvarja ta mehurček, ustvarjata dva sintetična diamanta, ki sta nameščena na obeh straneh stiskalnice. Zahvaljujoč tej napravi je bil dosežen neverjeten pritisk: več kot 71,7 milijona psi. Tudi v središču zemlje je tlak nižji.
Računalniški čip z možganskimi celicami
Vdahnite življenje elektroniki, svetloba bi lahko nekega dne nadomestila elektriko. Fiziki so osupli potencial svetlobe spoznali že pred desetletji, ko je postalo jasno, da lahko svetlobni valovi potujejo vzporedno drug z drugim in tako opravljajo številne sočasne naloge. Naša elektronika se zanaša in odpira tranzistorje za odpiranje in zapiranje poti za električno energijo. Ta shema nalaga številne omejitve. Vendar so pred kratkim znanstveniki ustvarili neverjeten izum - računalniški čip, ki posnema delo človeških možganov. Zahvaljujoč uporabi interaktivnih žarkov svetlobe, ki delujejo kot nevroni v živih možganih, lahko ta čip resnično zelo hitro "razmišlja".
Prej so znanstveniki lahko ustvarili tudi preproste umetne nevronske mreže, vendar je taka oprema vzela več laboratorijskih miz. Zdelo se je nemogoče ustvariti nekaj z enako učinkovitostjo, vendar v veliko manjši velikosti. In vendar je uspelo. Čip na osnovi silicija je velik le nekaj milimetrov. In izvaja računske operacije z uporabo 16 integriranih nevronov. Zgodi se tako. Na čip se napaja laserska luč, ki je razdeljena na več žarkov, od katerih vsak vsebuje signalno številko ali informacijo, ki se razlikuje glede na stopnjo svetlosti. Izhodna intenzivnost laserjev ponuja odgovor na številčno težavo ali kakršne koli informacije, za katere je bila potrebna rešitev.
Nemogoča oblika snovi
Obstaja vrsta snovi, ki se imenuje "pretočna trdna snov". In pravzaprav ta zadeva ni tako grozna, kot se morda zdi iz imena. Dejstvo je, da ima ta zelo bizarna oblika snovi kristalno strukturo, značilno za trdne snovi, hkrati pa je tekočina. Ta paradoks je dolgo ostal neuresničen. Vendar sta leta 2016 dve neodvisni skupini znanstvenikov (ameriški in švicarski) ustvarili snov, ki ji je mogoče upravičeno pripisati lastnosti presežne tekočine. Zanimivo je, da sta obe ekipi pri ustvarjanju uporabljali različne pristope.
Švicarji so ustvarili kondenzat Bose-Einstein (najhladnejša znana snov) s hlajenjem plina rubidij do izredno nizkih temperatur. Nato smo kondenzat postavili v dvokomorno napravo, v vsako komoro, v katero so bila nameščena majhna ogledala, usmerjena drug proti drugemu. Laserski žarki so bili usmerjeni v kamere, kar je sprožilo preobrazbo. Delci plina so kot odgovor na lasersko delovanje zgradili kristalno strukturo trdne snovi, vendar je na splošno zadeva ohranila svojo tekočinsko lastnost.
Američani so dobili podobno hibridno snov na osnovi kondenzata natrijevih atomov, ki je bil tudi močno ohlajen in izpostavljen laserju. Slednji so bili uporabljeni za premik gostote atomov pred pojavom kristalne strukture v tekoči obliki.
Tekočina z negativno maso
Leta 2017 so fiziki ustvarili res kul stvar: novo obliko materije, ki se premika proti sili, ki jo odbija. Čeprav v resnici ni bumerang, ima ta zadeva tisto, čemur lahko rečemo negativna masa. S pozitivno maso je vse jasno: pospešiš neki predmet in ta se začne premikati v smeri, v kateri se je ta pospešek prenesel. Vendar so znanstveniki ustvarili tekočino, ki deluje zelo drugače kot karkoli v fizičnem svetu. Ko ga potisnemo, pospeši do vira pospeška.
In v tej zadevi je na pomoč priskočil kondenzat Bose - Einstein, v vlogi katerega so bili atomi rubidija, ohlajeni do prenizkih temperatur. Tako so znanstveniki pridobili odvečno tekočino z normalno maso. Nato so atome močno stisnili z laserji. Nato so z drugim nizom laserjev močno vzbudili atome, tako da so si spremenili zavoje. Ko bi se atomi osvobodili iz laserskega prijema, bi bila reakcija navadne tekočine potreba po premiku iz središča fiksacije, kar je v resnici mogoče razlagati kot potiskanje. Vendar je presežna tekočina iz ruidij, katere atomi so imeli dovolj pospeška, ostala ob svojem sproščanju iz laserskega prijema in tako pokazala negativno maso.
Časovni kristali
Ko je Frank Wilczek, nobelov nagrajenec, prvič predlagal idejo o časovnih kristalih, je zvenelo noro. Zlasti v delu, v katerem je bilo razloženo, da imajo ti kristali lahko gibanje, medtem ko ostanejo v stanju mirovanja, to pomeni, da demonstrirajo najnižjo stopnjo energije snovi. Zdelo se je nemogoče, saj je za gibanje potrebna energija, teorija pa je rekla, da v takšnih kristalih energije praktično ni. Wilczek je verjel, da je večno gibanje mogoče doseči s spremembo osnovnega stanja kristalnega atoma iz stacionarnega v periodično. To je šlo v nasprotju z zakoni fizike, ki so nam znani, a leta 2017, 5 let po tem, ko je Wilczek to predlagal, so fiziki našli način, kako to storiti. Posledično je na univerzi Harvard nastal kristal časa, kjer so se nečistoče "vrtele" v diamantih.
Bragg ogledala
Braggovo ogledalo ni odsevno in je sestavljeno iz 1000-2000 atomov. Toda lahko odseva svetlobo, zato je uporabno tam, kjer so potrebna drobna ogledala, na primer v napredni elektroniki. Tudi oblika takega ogledala je nenavadna. Njeni atomi so suspendirani v vakuumu in spominjajo na verigo kroglic. Leta 2011 je nemška skupina znanstvenikov uspela ustvariti Braggovo ogledalo, ki je imelo takrat najvišjo stopnjo odboja (približno 80 odstotkov). Da bi to naredili, so znanstveniki v eni rešetkasti strukturi združili 10 milijonov atomov.
Vendar so pozneje raziskovalne ekipe iz Danske in Francije našle način, kako znatno zmanjšati število potrebnih atomov, hkrati pa ohraniti visoko odbojno učinkovitost. Namesto da se tesno povežejo drug ob drugem, so atome postavili vzdolž mikroskopskega optičnega vlakna. S pravilno postavitvijo nastanejo potrebni pogoji - svetlobni val se odbija neposredno nazaj do izhodišča. Ko se prenaša svetloba, nekateri fotoni izbruhnejo iz vlakna in trčijo z atomi. Odsevne učinkovitosti, ki jih kažeta danska in francoska ekipa, so zelo različne in znašajo približno 10 oziroma 75 odstotkov. Vendar pa se v obeh primerih svetloba vrne (se torej odseva) do svojega izvora.
Poleg obetavnih prednosti pri razvoju tehnologij so takšna ogledala lahko uporabna tudi v kvantnih napravah, saj atomi svetlobno polje dodatno uporabljajo tudi za interakcijo.
2D magnet
Fiziki so poskušali ustvariti dvodimenzionalni magnet od sedemdesetih let prejšnjega stoletja, vendar vedno niso uspeli. Pravi 2D magnet mora ohraniti svoje magnetne lastnosti, tudi če jih ločimo do stanja, ko postane dvodimenzionalen ali debel samo en atom. Znanstveniki so celo začeli dvomiti, da je kaj takega sploh mogoče.
Vendar so junija 2017 fiziki, ki uporabljajo kromov trijodid, končno lahko ustvarili dvodimenzionalni magnet. Povezava se je iz več strani naenkrat izkazala za zelo zanimivo. Njegova plastna kristalna struktura je odlična za zožitev, poleg tega pa imajo njeni elektroni želeno smer vrtenja. Te pomembne lastnosti omogočajo, da kromov trijodid ohrani magnetne lastnosti tudi potem, ko se njegova kristalna struktura zmanjša na debelino zadnjih atomskih plasti.
Prvi 2D magnet na svetu bi lahko izdelovali pri sorazmerno visoki temperaturi -228 stopinj Celzija. Njegove magnetne lastnosti prenehajo delovati pri sobni temperaturi, saj jo kisik uniči. Vendar se poskusi nadaljujejo.
NIKOLAY HIZHNYAK