Вирішення давньої проблеми: фізики придумали спосіб, як розплавити будь-який матеріал

Автори дослідження, опублікованого в журналі Physical Review E, стверджують, що температура, за якої матеріал плавиться під впливом тиску, підпорядковується одному параболічному рівнянню, що забезпечує просте вирішення давньої проблеми, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Для того, щоб перетворити твердий матеріал на рідину, потрібно просто його нагріти. Але температура, за якої відбувається процес плавлення матеріалу, залежить не тільки від того, що це за матеріал, а й від тиску, який на нього чинять.

Фізики використовують фазові діаграми температура-тиск, де вісь X показує температуру, а вісь Y — тиск. За допомогою таких діаграм можна показати умови, за яких будь-який матеріал перебуватиме в твердому, рідкому або газоподібному стані. Лінія плавлення позначає межу між температурою і тиском. Розуміння того, де проходить ця лінія, може мати важливе значення для вибору передових інженерних матеріалів.

Ці діаграми зазвичай створюють методом проб і помилок, що вимагає великих витрат. Якби існувала універсальна формула для прогнозування цієї лінії, то могло б заощадити багато грошей. Автори нового дослідження вважають, що знайшли таку формулу.

Фізики дійшли висновку, що лінії плавлення можна описати простим параболічним рівнянням. Замість того, щоб проводити експерименти з використанням дедалі вищої температури та тиску, лінію можна спрогнозувати за допомогою вимірювань у сприятливіших умовах.

За словами фізиків, виходячи з отриманих результатів дослідження, плавлення, незважаючи на його складність, демонструє фундаментальну єдність різних систем, від благородних газів до металів. Вчені вивели рівняння, коли зосередили всю увагу на енергії речовини в точці, де вона плавиться або твердне, а не на ентропії, як це робили вчені в минулих дослідженнях.

Автори дійшли висновку, що лінія плавлення визначається постійною Планка, масою і зарядом електрона, а також оболонками, в яких існують зовнішні електрони речовини. У якомусь сенсі існування такої формули не повинно викликати здивування. Рівняння точки перетворення рідини в газ уже відоме і засноване на теоретичній термодинаміці. Те саме можна сказати і про сублімацію, тобто процес переходу речовини з твердого в газоподібний стан, минаючи фазу рідини. З іншого боку, з огляду на досягнення сучасної науки і багато досліджень з цієї теми, нова заява фізиків є несподіваною. Тим паче що визначення межі між твердим станом і рідким не завжди однозначне.

Для того, щоб підтвердити теорію фізиків, потрібно провести тестування в тих умовах, які раніше не використовувалися в дослідженнях, щоб отримати докази правоти вчених.

Як уже писав Фокус, у Китаї створили найдовговічніший плазмотрон для різання металів, який може працювати кілька років. Зазвичай плазмотрони можуть працювати кілька десятків годин.

Якщо плазму вважають четвертим станом речовини, то п'ятим станом вважається конденсат Бозе-Ейнштейна. У цьому стані матерії атоми поводяться дуже дивно, і він сам порушує правила квантової фізики, як уже писав Фокус.

Нагадуємо, що вчені, які займаються вивченням фізики Сонця, отримали важливі результати дослідження вивержень плазми з поверхні нашої зірки. Фізики виявили одну дуже важливу особливість, як уже писав Фокус.