Οι φυσικοί επιβεβαιώνουν τη συναρπαστική ύπαρξη του «δεύτερου ήχου»

Οι ερευνητές του MIT, απέδειξαν ότι η θερμότητα μπορεί να ταξιδέψει με κυματοειδή τρόπο που ονομάζεται δεύτερος ήχος, αντί να εξαπλωθεί και να ηρεμήσει.

Ο Pantxo Diribarne από την Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας και Εναλλακτικών Πηγών Ενέργειας και το Πανεπιστήμιο της Γκρενόμπλ στη Γαλλία, βλέπει αυτό ως μια ευκαιρία να διαλευκάνει περισσότερα μυστήρια σχετικά με τις περίεργες καταστάσεις της ύλης.

Αντί να εξαπλώνεται αργά, η θερμική ενέργεια πάλλεται μέσα από ένα υλικό με τον ίδιο τρόπο που ο ήχος ταξιδεύει μέσω του αέρα.

Δεν είναι κάτι που θα βιώσετε στην καθημερινή ζωή, αλλά σε εξαιρετικά ψυχρά ή πολύ διατεταγμένα συστήματα - όπως ορισμένοι κρύσταλλοι ή κβαντικά ρευστά - ο δεύτερος ήχος αποκαλύπτει μια εντελώς διαφορετική πλευρά του πώς μπορεί να κινηθεί η ενέργεια.

Αυτό το κύμα είναι διαφορετικό από το πώς ρέει συνήθως η θερμοκρασία. Αντί να διαχέεται σταθερά μέχρι να εξαπλωθεί πλήρως, η θερμότητα πάλλεται σαν κυματισμοί σε μια λίμνη. Είναι σαν η θερμότητα να μιλάει μια γλώσσα που σπάνια ακούμε.

Το φαινόμενο που είναι γνωστό ως κβαντική αναταραχή μπαίνει στο παιχνίδι όταν τα κανονικά και τα υπερρευστά συστατικά κινούνται μαζί σε μεγάλες κλίμακες και στη συνέχεια χάνουν το κλείδωμα σε μικρότερες κλίμακες.

Γιατί έχει σημασία ο δεύτερος ήχος

Οι ερευνητές εξέτασαν δεύτερο ήχο στον ήλιο για να δουν αν η ίδια ιδέα κύματος εμφανίζεται και σε άλλα εξωτικά υλικά. Η ανακάλυψη ενός μοτίβου στο υπερρευστό ήλιο μπορεί να βοηθήσει στην ερμηνεία των σημάτων σε προηγμένα πειράματα φυσικής.

Με τον δεύτερο ήχο, το παζλ του πώς ρέει η ενέργεια γίνεται πιο ακριβές. Αυτή η σαφήνεια υποστηρίζει τις προσπάθειες σχεδιασμού τεχνολογιών που αξιοποιούν κβαντικά φαινόμενα, όπως ευαίσθητους αισθητήρες ή πιο αποδοτικά συστήματα ψύξης.

Πληροφορίες από αναταράξεις

Προηγούμενες μελέτες προσπάθησαν να εξηγήσουν τον δεύτερο ήχο εστιάζοντας στις γραμμές δίνης, οι οποίες είναι μικροί, στροβιλιζόμενοι πυρήνες στο υπερρευστό.

Πρόσφατες εργασίες δείχνουν ότι αυτές οι γραμμές θέτουν ένα βασικό επίπεδο απόστασης όπου μπορεί να κυριαρχήσει η κυματοειδής κίνηση της θερμοκρασίας.

Το εκπληκτικό αποτέλεσμα είναι ότι η τριβή δεν αποφασίζει από μόνη της πώς ρέει η θερμότητα.

Αντ 'αυτού, η κυκλοφορία μεγάλης κλίμακας και τα μπερδέματα δίνης σχηματίζουν έναν καταρράκτη που προκαλείται όταν η συνηθισμένη αγωγιμότητα θερμότητας μεταβαίνει σε ένα κύμα που ταξιδεύει.

Ανεξαρτησία θερμοκρασίας

Ένα από τα πιο εκπληκτικά ευρήματα είναι ότι η συμπεριφορά του δεύτερου ήχου παρέμεινε σχεδόν αμετάβλητη σε διαφορετικές θερμοκρασίες.

Αυτό υποδηλώνει ότι κάτι άλλο, πιθανώς η δομή της εσωτερικής αναταραχής του υγρού, παίζει μεγαλύτερο ρόλο από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως.

Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει την πόρτα για επανεξέταση του τρόπου με τον οποίο χάνεται η ενέργεια στα κβαντικά ρευστά, ειδικά σε συστήματα όπου το παραδοσιακό ιξώδες δεν ισχύει.

Δεύτερος ήχος και μελλοντική τεχνολογία

Εάν οι δεύτερες ιδέες ήχου συνδέονται με υπεραγωγούς, θα μπορούσαμε να βελτιώσουμε τις ενεργειακές γραμμές επόμενης γενιάς. Μερικοί ονειρεύονται επίσης να εφαρμόσουν ψύξη με βάση τα κύματα σε εργαστήρια.

Σε κοσμικές κλίμακες, η σύνδεση των υπερρευστών χαρακτηριστικών με το εσωτερικό των αστέρων νετρονίων θα μπορούσε να υποδείξει πώς αυτά τα αστέρια αποβάλλουν ενέργεια.

Η παρακολούθηση αυτών των κυμάτων μπορεί να οδηγήσει σε νέες γνώσεις σχετικά με τη συμπεριφορά της ύλης υπό τις συντριπτικές δυνάμεις της βαρύτητας.

Παρόλο που η θερμότητα εξαπλώνεται κανονικά μέχρι να πεθάνει, το φαινόμενο του δεύτερου ήχου αψηφά αυτή την ιδέα.

Η μελέτη δημοσιεύεται στο arXiv.

Διαβάστε επίσης