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.
6 часов назад
4 минуты
Сергей Васильев

Микроскоп с высокоскоростной камерой и компьютерное моделирование показали, что сперматозоиды плавают не за счет боковых движений хвоста, а быстро вращаясь всем телом.

6 часов назад
3 минуты
Сергей Васильев

Новый метод позволил сделать немагнитный пирит ферромагнетиком, подходящим для использования в электронике и солнечных батареях.

Вчера, 11:27
35 минут
Александр Березин

На планете разворачивается новая лунная гонка. Российская космическая отрасль пытается обозначить участие в ней, патентуя многопусковой полет к спутнику Земли. Очевидно, что это лишь суррогат сверхтяжелых ракет, которых мы пока не строим. США, напротив, активно разрабатывают сразу два сверхтяжа – но и там не все гладко. Их лунная программа может испытать сильнейший удар в ближайший год. Скептики считают, что усилия всех участников гонки бесполезны. Мол, пилотируемые полеты к другим небесным телам не нужны, ибо дороги. Автоматы смогут все сделать намного дешевле. На деле лунная программа, как мы покажем ниже, не дороже полетов к МКС. Да и автоматы не дадут нам ничего подобного результатам пилотируемой лунной экспедиции. Попробуем разобраться почему.

6 часов назад
4 минуты
Сергей Васильев

Микроскоп с высокоскоростной камерой и компьютерное моделирование показали, что сперматозоиды плавают не за счет боковых движений хвоста, а быстро вращаясь всем телом.

Вчера, 11:27
35 минут
Александр Березин

На планете разворачивается новая лунная гонка. Российская космическая отрасль пытается обозначить участие в ней, патентуя многопусковой полет к спутнику Земли. Очевидно, что это лишь суррогат сверхтяжелых ракет, которых мы пока не строим. США, напротив, активно разрабатывают сразу два сверхтяжа – но и там не все гладко. Их лунная программа может испытать сильнейший удар в ближайший год. Скептики считают, что усилия всех участников гонки бесполезны. Мол, пилотируемые полеты к другим небесным телам не нужны, ибо дороги. Автоматы смогут все сделать намного дешевле. На деле лунная программа, как мы покажем ниже, не дороже полетов к МКС. Да и автоматы не дадут нам ничего подобного результатам пилотируемой лунной экспедиции. Попробуем разобраться почему.

29 июля
7 минут
Мария Азарова

По мнению авторов новой работы, вертикальное сельское хозяйство позволит удовлетворить спрос на продукты питания, который значительно возрастет к середине-концу столетия. Благодаря вертикальным установкам можно будет повысить урожайность пшеницы в сотни раз, использовать повторно воду для полива и не зависеть от погоды.

6 июля
5 минут
Мария Азарова

Ученые, работающие с крупнейшим в мире радиотелескопом, сообщили об обнаружении эмиссии нейтрального водорода, исходящей от объектов за пределами нашей Галактики.

22 июля
66 минут
Александр Березин

С 2064 года численность людей начнет сокращаться — и этот процесс может быть необратим. Один из авторов соответствующей научной работы прямо указывает: если ничего не изменится, через несколько веков человечество вымрет. Однако есть вещи и похуже вымирания. Куда вероятнее иной сценарий: мир будет заселен теми, кто сможет размножаться в новых культурных условиях. К сожалению, значительная часть современных европейцев, американцев и, возможно, других народов будут вытеснены с первых страниц истории. Вдобавок те, кто победят в этой непростой борьбе, нам, сегодняшнему населению Земли, могут сильно не понравиться. Попробуем разобраться почему.

10 июля
7 минут
Мария Кривоченко

Биологи выяснили, какое воздействие оказывают радиоволны на эмбрионы рыб. Оказалось, они существенно не влияют на уровень смертности, морфологию и реакцию на свет, но немного подавляют сенсомоторные функции. Как это скажется на взрослых особях, еще предстоит выяснить.

[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: