Эксперимент опроверг один из фундаментальных физических законов — Naked Science
6 минут
Редакция
2

Эксперимент опроверг один из фундаментальных физических законов

Ученые провели наномасштабный эксперимент, в котором опровергли один из основополагающих законов современной физики. Результаты исследования могут изменить наше понимание передачи энергии.

nanoscale_planck_law_far_10241
©Wikipedia

Закон излучения Планка был в центре интенсивных испытаний на протяжении почти целого века. Однако в результате нового анализа ученые обнаружили, что он не работает на самых малых масштабах. Пока не ясно, что именно это значит для науки, но обычно, когда законы перестают работать, можно ожидать новых открытий. Это окажет влияние не только на атомную физику, но и на всю науку в целом, включая формирование планет и климатические модели. Исследование было опубликовано в журнале Nature.

 

Этот фундаментальный закон квантовой физики недавно испытали исследователи из Мичиганского университета и Колледжа Вильгельма и Марии, которые решили выяснить, сможет ли вековой закон описать тепловое излучение наномасштабных объектов.

 

Закон не просто не сработал: результаты эксперимента превысили предсказанное число в 100 раз. Следовательно, наномасштабные объекты способны излучать и поглощать тепло намного эффективнее, чем могут объяснить существующие модели.

 

«В физике всегда так. Важно измерять что-либо экспериментально, но нужно и непосредственно понимать, что происходит», — рассказывает Мумтаз Казилбаш, физик из Колледжа Вильгельма и Марии.

 

Исследование радиационной передачи тепла между субволновыми структурами / © William and Mary / University of Michigan

 

Физики, хорошо знакомые с динамикой электромагнетизма, прекрасно понимают, что странности в так называемом ближнем поле — обычное дело. С одной стороны, соотношение между электрическим и магнитным аспектами электромагнитного поля становятся сложнее в свете этого открытия.

 

То, как именно это повлияет на взаимодействие нагреваемых объектов, уже исследовали раннее. Тогда ученые установили большие различия в том, как, согласно Планку, тепло распространяется в ближнем поле по отношению с дальним полем. Однако это имеет значение, только если разрыв ограничен расстоянием меньше длины волны испущенного излучения. Что можно сказать о размерах самих объектов?

 

Перед исследователями стояла непростая задача. Им потребовалось спроектировать объекты размером меньше 10 микронов (приблизительная длина волны в инфракрасном свете). Ученые использовали две мембраны из нитрида кремния толщиной в полмикрона, разделенные расстоянием, достаточным для того, чтобы считаться дальним полем. Нагрев одной и измерение другой позволили протестировать закон Планка с достаточно высокой степенью точности.

 

«Закон излучения Планка говорит, что если вы примените идеи, сформулированные им, к двум объектам, то получите определенную степень передачи энергии между ними, — объясняет Казилбаш. — Мы экспериментально наблюдали, что эта степень в 100 раз превышает показатели, предсказанные законом Планка, если объекты крайне малы».

 

Казилбаш сравнивает это с ударами по гитарной струне в разных местах по ее длине:

 

«Если вы будете дергать ее в тех местах, она будет эффективнее резонировать на определенных длинах волн».

 

Эта аналогия хорошо подходит для визуализации феномена, но точное понимание физики проведенного эксперимента может иметь серьезные последствия — и не только для нанотехнологий. Такая сверхэффективная степень передачи энергии может сильно изменить наше понимание передачи тепла в атмосфере или в остывании тела размером с планету.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 09:45
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

7 часов назад
8 минут
Мария Азарова

Как показали авторы нового исследования, белок GATA6 участвует в регуляции волосяных фолликулов и может стать мишенью при лечении акне.

Вчера, 14:56
5 минут
Ольга Иванова

Международная группа ученых реконструировала события крупнейшего вымирания в истории Земли — пермско-триасового — и назвала ключевой, по ее мнению, фактор, который привел к катастрофе.

Вчера, 09:45
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

Позавчера, 12:21
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых сделала рентгеновские снимки грудного отдела тела муравьев, проанализировав их мышцы и внутренний скелет. В результате исследователи выяснили, что сила этих насекомых связана с потерей способности летать.

16 октября
6 минут
Василий Парфенов

Несмотря на устоявшееся мнение, согласно которому газотурбинные двигатели (ГТД) почти достигли технологического совершенства и прироста характеристик более чем на единицы процентов в новых моделях ждать не стоит, инженеры продолжают искать способы радикально их улучшить. Компания GE Aviation уже до конца 2020 года собирается представить предсерийные экземпляры своих революционных силовых установок, которые должны быть на 20% долговечнее, на 35% экономичнее и будут иметь улучшенную на 80% энерговооруженность, чем предыдущие аналогичные модели.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

1 октября
39 минут
Александр Березин

После советской эпохи атомные реакторы перестали запускать в космос, но сегодня все постепенно меняется. К атомной энергетике для марсианских колоний примеривается Илон Маск, проекты лунных АЭС прорабатываются в России — и все несмотря на то, что в космосе условия для солнечной энергетики лучше, чем на нашей планете. Что заставляет космическую отрасль все чаще думать об атомных реакторах? Как ни странно, дело в том, что и ядерная энергетика в космосе становится еще важнее, чем на Земле. Попробуем разобраться почему.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

ulogin_facebook_2177332665922998
09.09.2018
-
0
+
Закон Планка базируется на классическом понимании элементарных частиц. Поэтому введение новой терминологии -"нано частицы" выводит физику из поля физики и помещает в поле мистики. А такие термины, как "темная материя", "темная энергия", "черные фотоны" вообще превращают всю классическую физику в область банальных мещанских сплетен -"белый арап ведет армию в 200 млн".
    Vyacheslav Shvets
    26.01.2020
    -
    0
    +
    Да что они имеют ввиду под термином "тепло"? Это понятие связано со скоростью молекул. При чём тут какие то нано обьекты? Как то так.
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: