ذوب طلا تبدیل بازنویسی قوانین فیزیک شد_صبح سریع

طی یک مطالعه تازه، وقتی که دمای طلا به طور موقت از حد پیش‌بینی شده فراتر رفته و به بالای نقطه ذوب خود می‌رسد، هم چنان جامد باقی می‌ماند. این یافته امکان پذیر تبدیل بازنگری کامل در حرکت این ماده در شرایط تحت سختی شود.

به نقل از ساینس‌آلرت، یک گروه بین‌المللی از دانشمندان با منفعت گیری از لیزرهای قوی با پالس زیاد مختصر، قطعات نازکی از طلا را فراتر از حدی که به «فاجعه آنتروپی»(entropy catastrophe) معروف است،  تحت سختی قرار دادند. این همانند نقطه ذوب است، اما برای مواردی که قوانین فیزیک در موردشان متعارف نیست.

«فاجعه آنتروپی» به معنی نقطه‌ای است که جامد بیشتر از حد داغ شده و مقاومت خود را در برابر ذوب از دست می‌دهد. این اصل گفتن می‌کند که جامدات نمی توانند بدون ذوب خود به خودی، بالاتر از تقریباً سه برابر دمای ذوب خود پایدار بمانند.

در اتفاق‌ای موسوم به «ابرگرمایش»(superheating)، جامد می‌تواند به قدری سریع گرم شود که اتم‌های آن زمان ورود به حالت مایع را نداشته باشند. بلورها می‌توانند حتی فراتر از نقطه ذوب استاندارد خود، یقیناً برای زمان زیاد کوتاهی سالم باقی بمانند. «فاجعه آنتروپی» به طور معمول، سه برابر نقطه ذوب استاندارد در نظر گرفته می‌شود. این تیم با منفعت گیری از روشی تازه برای محاسبه انرژی پرتو ایکس بازتاب شده به منظور اندازه‌گیری دقیق انرژی گرمایی جذب شده، دریافت که طلا می‌تواند ۱۴ برابر این حد گرم شود تا این که در نهایت مایع شود.

«ابرگرمایش» یا «فراگرمایش» اتفاق‌ای است که در آن یک مایع تا دمای بالاتر از نقطه جوش خود بدون جوشش گرم می‌شود.

نتایج این مطالعه همانطور که به نظر می‌رسد، هیچ قانون ترمودینامیکی را نقض نمی‌کند و فقط مشخص می کند که بعضی اوقات اوقات عکس العمل‌ها آنقدر سریع اتفاق می‌افتند که قوانین ترمودینامیک زمان اعمال شدن را ندارند. به نظر می‌رسد اتم‌های درون طلا برای زمان کوتاهی هیچ جایی برای حرکت ندارند و این اجازه می‌دهد تا انرژی حرارتی قبل از فروپاشی ساختار از بین برود.

دانشمندان توانستند به دمای ۱۸ هزار و ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد برسند، در حالی که طلا ساختار جامد خود را برای بیشتر از ۲ پیکوثانیه نگه داری کرد. این زمان به اندازه‌ای طویل می بود که دانشمندان را وادار به بازنگری مدل‌های حاضر کند. هر پیکوثانیه یک تریلیونیم ثانیه است.

پژوهشگران در مطالعه خود می‌نویسند: این اندازه‌گیری نه تنها از نزدیک به پیش‌بینی شده قبلی «فاجعه آنتروپی» فراتر می‌رود، بلکه نشان‌دهنده اغاز زیاد بالاتری برای «ابرگرمایش» جامدات است و در نتیجه، فهمیدن بنیادی از پایداری فاز جامد در شرایط تحت سختی را بازنویسی می‌کند.

پیامدهای این یافته برای فیزیکدانان دلنشین و شوق‌انگیز است و این گمان وجود دارد که برخی جامدات اصلاً نقطه ذوب نداشته باشند، حداقل وقتی که برای دوره‌های وقتی بسیار مختصر زیاد گرم خواهد شد. آنها افزودند: آزمایش‌های ما به وضوح نشان خواهند داد که اگر ماده به قدر کافی سریع گرم شود، می‌تواند از حد اشکار شده قبلی برای «ابرگرمایش» زیاد فراتر رود.

دانش تازه در انواع عرصه‌ها سودمند خواهد می بود. رویدادهای گرمایش بسیار سریع در همه‌جا از برخورد سیارک‌ها در اعماق فضا گرفته تا راکتورهای هسته‌ای در زمین رخ خواهند داد و دانشمندان اکنون فهمیدن بهتری از آنچه در این رویدادها اتفاق می‌افتد، خواهند داشت. آنها تصمیم دارند در مطالعات آینده بازدید کنند که آیا دیگر جامدات نیز همانند طلا عکس العمل نشان خواهند داد و این چنین «فاجعه آنتروپی» را زیاد تر مورد کاوش قرار دهند و نقشه وقتی که جامدات دیگر نمی توانند به گفتن جامد وجود داشته باشند را مجدد ترسیم کنند.

«توماس وایت»(Thomas White) فیزیکدان «دانشگاه نوادا»(Nevada) او گفت: احتمالا فکر می‌کردیم که این نوشته را در دهه ۱۹۸۰ با این حد «ابرگرمایش» حل کرده‌ایم، اما اکنون فکر می‌کنم این یک سوال باز است که چه مقدار می‌توان چیزی را داغ کرد تا این که سرانجام ذوب شود؟

این مطالعه در مجله Nature انتشار شده است.