V úžasnom svete fyziky je nemožné, hoci nie okamžite, ale stále je to možné. A v poslednej dobe sa vedcom podarilo dosiahnuť skutočne super nemožné veci. Veda napreduje. Iba jedno cestovinové monštrum vie, čo nás čaká vo svojich najtajnejších črevách. Dnes budeme analyzovať tucet neskutočných vecí, stavov a objektov, ktoré sa vďaka modernej fyzike stali možnými.
Neuveriteľne nízke teploty
V minulosti vedci nedokázali ochladiť objekty pod takzvanou prahovou hodnotou „kvantového limitu“. Aby sa niečo takého ochladilo, je potrebné použiť laser s veľmi pomaly sa pohybujúcimi atómami a potlačiť vibrácie vytvárajúce teplo.
Fyzici však našli správne riešenie. Vytvorili veľmi malý vibračný bubon z hliníka a boli schopní ho ochladiť na 360 µK, čo je 10 000-násobok teploty vo veľmi hlbokých priestoroch.
Priemer bubna je iba 20 mikrometrov (priemer ľudských vlasov je 40 až 50 mikrometrov). Bolo možné ho ochladiť na také ultra nízke teploty vďaka novej technológii takzvaného „stlačeného svetla“, v ktorej všetky častice majú rovnaký smer. To eliminuje vibrácie vytvárajúce teplo v laseri. Aj keď bol bubon ochladený na najnižšiu možnú teplotu, nejde o najchladnejšiu látku. Tento titul patrí do kondenzátu Bose - Einstein. Napriek tomu hrá dôležitú úlohu úspech. Od jedného dňa môže podobná metóda a technológia nájsť uplatnenie pri tvorbe ultra rýchlej elektroniky, ako aj pri pochopení podivného správania sa materiálov v kvantovom svete, ktoré sa vo svojich vlastnostiach približuje k fyzikálnym limitom.
Propagačné video:
Najjasnejšie svetlo
Svetlo Slnka je oslnivo jasné. Teraz si predstavte svetlo jednej miliardy slnečných lúčov. Bol to on, kto bol nedávno vytvorený fyzikmi v laboratóriu, v skutočnosti vytvoril najjasnejšie umelé svetlo na Zemi, ktoré sa tiež chová veľmi nepredvídateľným spôsobom. Mení vzhľad objektov. To však nie je dostupné pre ľudské videnie, takže zostáva vziať fyzikov za ich slovo.
Molekulárna čierna diera
Skupina fyzikov nedávno vytvorila niečo, čo sa správa ako čierna diera. Za týmto účelom vzali najvýkonnejší röntgenový laser Linac Coherent Light Source (LCLS) a použili ho na zrážanie molekúl jódmetánu a jódbenzénu. Spočiatku sa očakávalo, že laserový pulz vyrazí väčšinu elektrónov z obežnej dráhy atómov jódu a na ich mieste zostane vákuum. Pri pokusoch so slabšími lasermi bola táto dutina spravidla okamžite vyplnená elektrónmi z vonkajších hraníc atómovej obežnej dráhy. Keď laserový zásah LCLS zasiahol, skutočne sa začal očakávaný proces, ale potom nasledoval skutočne úžasný jav. Po dosiahnutí takej úrovne vzrušenia začal atóm jódu doslova hltať elektróny z blízkych atómov vodíka a uhlíka. Zvonku to vyzeralo ako malá čierna diera vo vnútri molekuly.
Následné laserové pulzy vyrazili priťahované elektróny, ale dutina sa stále viac priťahovala. Cyklus sa opakoval, až kým explodovala celá molekula. Je zaujímavé, že atóm jódovej molekuly bol jediný, ktorý vykazoval takéto správanie. Pretože je v priemere väčší ako ostatní, dokáže absorbovať obrovské množstvo röntgenovej energie a stratiť svoje pôvodné elektróny. Táto strata opúšťa atóm s dostatočne silným pozitívnym nábojom, ktorým priťahuje elektróny z iných menších atómov.
Kovový vodík
Nazýva sa to „Svätý grál vysokotlakovej fyziky“, ale donedávna sa jej nepodarilo dosiahnuť. Možnosť premeny vodíka na kov bola prvýkrát ohlásená v roku 1935. Vtedajší fyzici navrhli, že takúto transformáciu by mohol vyvolať veľmi silný tlak. Problém bol v tom, že vtedajšie technológie nemohli vytvoriť taký tlak.
V roku 2017 sa americký tím fyzikov rozhodol vrátiť sa k pôvodnej myšlienke, ale zvolil iný prístup. Pokus sa uskutočnil vo vnútri špeciálneho zariadenia nazývaného diamantový zverák. Tlak, ktorý vytvára tento zverák, je vytváraný dvoma syntetickými diamantmi umiestnenými na oboch stranách lisu. Vďaka tomuto zariadeniu sa dosiahol neuveriteľný tlak: viac ako 71,7 milióna psi. Dokonca aj v strede Zeme je tlak nižší.
Počítačový čip s mozgovými bunkami
Vdýchnutím života do elektroniky by svetlo mohlo jedného dňa nahradiť elektrinu. Fyzici si uvedomili úžasný potenciál svetla pred desiatkami rokov, keď sa ukázalo, že svetelné vlny sa môžu pohybovať paralelne k sebe, a tak vykonávať mnoho simultánnych úloh. Naša elektronika sa spolieha na tranzistory pri otváraní a zatváraní ciest na prenos elektrickej energie. Tento systém ukladá veľa obmedzení. Vedci však nedávno vytvorili úžasný vynález - počítačový čip, ktorý napodobňuje prácu ľudského mozgu. Vďaka použitiu interagujúcich lúčov svetla, ktoré fungujú ako neuróny v živom mozgu, tento čip dokáže skutočne „myslieť“veľmi rýchlo.
Predtým vedci mohli tiež vytvárať jednoduché umelé neurónové siete, ale takéto vybavenie trvalo niekoľko laboratórnych tabuliek. Považovalo sa za nemožné vytvoriť niečo s rovnakou účinnosťou, ale v oveľa menšej veľkosti. A napriek tomu sa to podarilo. Čip na báze kremíka má veľkosť iba niekoľko milimetrov. A vykonáva výpočtové operácie pomocou 16 integrovaných neurónov. Stáva sa to takto. Na čip sa dodáva laserové svetlo, ktoré je rozdelené do niekoľkých lúčov, z ktorých každý obsahuje číslo signálu alebo informáciu, ktorá sa mení v úrovni jasu. Výstupná intenzita laserov poskytuje odpoveď na číselný problém alebo akékoľvek informácie, pre ktoré bolo potrebné riešenie.
Nemožná forma látky
Existuje určitá látka nazývaná „superfluidná tuhá látka“. V skutočnosti táto záležitosť nie je taká hrozná, ako by sa mohlo zdať z názvu. Faktom je, že táto veľmi bizarná forma hmoty má kryštalickú štruktúru charakteristickú pre pevné látky, ale zároveň je to kvapalina. Tento paradox zostal dlho nerealizovaný. V roku 2016 však dve nezávislé skupiny vedcov (americký a švajčiarsky) vytvorili hmotu, ktorú možno oprávnene pripísať vlastnostiam superfluidnej pevnej látky. Je zaujímavé, že obidva tímy pri jej vytváraní používali rôzne prístupy.
Švajčiari vytvorili kondenzát Bose-Einstein (najchladnejšia známa látka) ochladením rubídia na extrémne nízke teploty. Potom sa kondenzát umiestnil do dvojkomorového zariadenia, do ktorého každej komory boli inštalované malé zrkadlá namierené proti sebe. Laserové lúče boli nasmerované do kamier, čo vyvolalo transformáciu. Častice plynu v reakcii na laserové pôsobenie vybudovali kryštalickú štruktúru tuhej látky, ale vo všeobecnosti si táto látka zachovala svoje tekutinové vlastnosti.
Američania získali podobnú hybridnú hmotu založenú na kondenzáte atómov sodíka, ktorý bol tiež silne ochladený a vystavený laseru. Posledne menované sa použili na posun hustoty atómov pred objavením sa kryštalickej štruktúry v kvapalnej forme.
Záporná tekutina
V roku 2017 vytvorili fyzici skutočne skvelú vec: novú formu hmoty, ktorá smeruje k sile, ktorá ju odpudzuje. Aj keď to v skutočnosti nie je bumerang, má to, čo by ste mohli nazvať zápornou hmotou. Pri pozitívnej hmotnosti je všetko jasné: nejakému objektu dáte zrýchlenie a začne sa pohybovať v smere, v ktorom sa toto zrýchlenie prenieslo. Vedci však vytvorili tekutinu, ktorá funguje vo fyzickom svete veľmi odlišne ako čokoľvek iné. Pri stlačení zrýchli na zdroj vyvíjaného zrýchlenia.
Kondenzát Bose - Einstein opäť prišiel k záchrane v tejto veci, v úlohe ktorej boli atómy rubídia ochladené na ultratenkú teplotu. Vedci tak získali superfluidnú tekutinu s normálnou hmotnosťou. Potom silne komprimovali atómy lasermi. Potom s druhou sadou laserov silne vzrušili atómy, natoľko, že zmenili otočenie. Keď boli atómy zbavené laserového priľnavosti, reakcia obyčajnej kvapaliny by bola nutkaním presunúť sa zo stredu fixácie, čo v skutočnosti možno interpretovať ako tlačenie. Avšak superfluidná kvapalina rubídia, ktorej atómy dostávali dostatočné zrýchlenie, zostala na svojom mieste, keď sa uvoľnila z laserového priľnavia, čím sa prejavila negatívna hmotnosť.
Časové kryštály
Keď nositeľ Nobelovej ceny Frank Wilczek prvýkrát navrhol myšlienku časových kryštálov, znel to šialene. Najmä v časti, v ktorej bolo vysvetlené, že tieto kryštály môžu mať pohyb, zatiaľ čo zostávajú v stave pokoja, to znamená, že demonštrujú najnižšiu úroveň energie hmoty. Vyzeralo to ako nemožné, pretože na pohyb je potrebná energia a teória zase tvrdila, že v takýchto kryštáloch neexistuje prakticky žiadna energia. Wilczek veril, že večný pohyb sa dá dosiahnuť zmenou základného stavu kryštálového atómu zo stacionárneho na periodický. Bolo to v rozpore s fyzikálnymi zákonmi, ktoré sú nám známe, ale v roku 2017, 5 rokov potom, čo to navrhol Wilczek, fyzici našli spôsob, ako to urobiť. Výsledkom bolo, že na Harvardskej univerzite sa vytvoril kryštál času, kde sa v diamantoch „rotovali“dusíkaté nečistoty.
Braggove zrkadlá
Braggovo zrkadlo nie je vysoko reflexné a pozostáva z 1 000 - 2 000 atómov. Je však schopný odrážať svetlo, čo ho robí užitočným všade tam, kde sú potrebné malé zrkadlá, napríklad v oblasti vyspelej elektroniky. Tvar takého zrkadla je tiež neobvyklý. Jeho atómy sú suspendované vo vákuu a pripomínajú reťaz guličiek. V roku 2011 bola nemecká skupina vedcov schopná vytvoriť Braggovo zrkadlo, ktoré malo v tom čase najvyššiu úroveň reflexie (asi 80 percent). Vedci kombinujú 10 miliónov atómov v jednej mriežkovej štruktúre.
Neskôr však výskumné tímy z Dánska a Francúzska našli spôsob, ako výrazne znížiť počet potrebných atómov pri zachovaní vysokej reflexnej účinnosti. Namiesto toho, aby sa navzájom pevne zviazali, atómy boli umiestnené pozdĺž mikroskopického optického vlákna. Pri správnom umiestnení vznikajú potrebné podmienky - svetelná vlna sa odráža priamo späť do východiskového bodu. Pri prenose svetla sa niektoré fotóny z vlákna uvoľnia a zrážajú sa s atómami. Reflexná efektívnosť, ktorú preukázali dánske a francúzske tímy, sa veľmi líši a pohybuje sa okolo 10, respektíve 75 percent. V obidvoch prípadoch sa však svetlo vracia (to znamená, odráža sa) do pôvodného bodu.
Okrem sľubných výhod pri vývoji technológií môžu byť takéto zrkadlá užitočné aj v kvantových zariadeniach, pretože atómy navyše využívajú svetelné pole na vzájomnú interakciu.
2D magnet
Fyzici sa pokúsili vytvoriť dvojrozmerný magnet od sedemdesiatych rokov, ale vždy zlyhali. Skutočný 2D magnet si musí zachovať svoje magnetické vlastnosti, aj keď je oddelený do stavu, v ktorom sa stáva dvojrozmerným alebo iba jedným atómom hrubým. Vedci dokonca začali pochybovať o tom, že takáto vec je vôbec možná.
V júni 2017 však fyzici používajúci trijodid chrómu konečne dokázali vytvoriť dvojrozmerný magnet. Spojenie sa ukázalo byť veľmi zaujímavé z viacerých strán naraz. Jeho vrstvená kryštálová štruktúra je vynikajúca na zužovanie a jej elektróny majú navyše požadovaný smer otáčania. Tieto dôležité vlastnosti umožňujú, aby si trijodid chrómu zachoval svoje magnetické vlastnosti, aj keď bola jeho kryštalická štruktúra zredukovaná na hrúbku posledných atómových vrstiev.
Prvý 2D magnet na svete by sa mohol vyrábať pri relatívne vysokej teplote -228 stupňov Celzia. Jeho magnetické vlastnosti prestávajú fungovať pri izbovej teplote, pretože ju ničí kyslík. Experimenty však pokračujú.
NIKOLAY KHIZHNYAK