Impossibile scenario: gli scienziati hanno osservato il movimento di calore sulla velocità del suono

Ryan Duncan irrigidito. Solo che ha speso un nuovo esperimento per la ricerca normale grafite — che, il loro perno della matita — ma i risultati sembravano impossibili fisicamente: il calore, che di solito si disperde lentamente, si è svolta attraverso la grafite con la velocità del suono. E ' come mettere la pentola con l'acqua in un piatto caldo e invece il conto alla rovescia per molti minuti, fino a quando l'acqua inizia a bollire, osservare, come ha subito bollire.

la velocità Con cui si propaga il calore?

Non c'è da stupirsi che Duncan, uno studente del Mit, non potevo credere ai miei occhi. Per assicurarsi che lui non ha sbagliato, ha avuto quattro volte ricontrollare tutto quello che c'era da installare, eseguire di nuovo l'esperimento e organizzare una piacevole pausa. «Ho cercato di dormire, sapendo che non sarò in grado di determinare se l'esperimento avrà successo o no, ancora un paio di ore, ma di staccare stato molto difficile», ricorda. Quando la mattina seguente sveglia Duncan suonò di nuovo, è proprio in pigiama corse al computer e guardato le nuove misure. Risultati è stato sempre lo stesso: il calore si trasferisce incredibilmente veloce.

I Risultati del loro lavoro Duncan ha pubblicato sulla rivista Science. Questo fenomeno, conosciuto come «il secondo suono», porta fisici a gioia — in parte perché può spianare la strada all'avanzata microelettronica, e in parte perché è un fenomeno molto strano.

Per capire, basta immaginare come il calore si muove attraverso l'aria. È tollerato molecole, che costantemente si scontrano tra di loro e dissipano il calore in tutte le direzioni: avanti, di lato e anche indietro. Questa fondamentale inefficienza rende conducibilità di calore relativamente lenta (calore radiante, rispetto, si muove alla velocità della luce sotto forma di radiazione infrarossa). La stessa lentezza persiste per il calore, che si muove attraverso il corpo solido. Qui fononi (pacchetti acustica vibrazioni di energia), il trasferimento di calore come molecole in aria, permettendo così di dissipare in tutte le direzioni e disintegrarsi lentamente. «Un po', se mettere una goccia di colorante alimentare in acqua e dargli растечься», dice Keith Nelson, consigliere di Duncan . «Non va dritto come una freccia, dal luogo di cadere». Ma esattamente cos'è la conseguenza Duncan ha ottenuto dall'esperimento. Nel secondo suono contrario dispersione phon altamente подавилось, portando il calore cadde in avanti. Il movimento dell'onda. «Se siete in piscina e avvia da onda, lei da voi se ne andrà. Ma per il calore è un comportamento anormale».

Secondo il suono per la prima volta è stata scoperta nel liquido elio 75 anni fa e successivamente altri tre corpi solidi. «Tutti i segnali indicano che si sarà limitato a una piccola quantità di materiali e di manifestarsi a temperature molto basse». Gli scienziati pensavano che in fase di stallo. Non era chiaro, che altro può essere il secondo suono oltre scientifico di approvazione, quindi molti anni questa zona è stata senza notizie.

Tuttavia, significativi miglioramenti nella modellazione numerica hanno contribuito a far rivivere questa area di circa cinque anni fa, e gli scienziati hanno riconosciuto che questo fenomeno può essere più comune. Gange Chen, ingegnere del Mit, per esempio, potrebbe prevedere che il secondo suono può manifestarsi in grafite, con un po ' molli temperature. Questa previsione hai reso felice Duncan, che ha controllato e, infine, mi sono imbattuto su risultati contrastanti.

In primo luogo, Duncan assegnato il calore in un campione di grafite, utilizzando due incrociate raggi laser per la creazione di pattern di interferenza — alternando luminose e scure, che corrispondono a lungo e впадинам di arrivo delle onde di luce. Inizialmente pettini riscaldato grafite e depressioni erano fresche. Ma come solo Duncan dovuto spegnere il laser, il dipinto doveva iniziare lentamente a cambiare, e il calore di fluire dei pettini caldi a freddi depressioni. L'esperimento avrebbe raggiunto il suo fine, quando l'intero campione avrebbe raggiunto la stessa temperatura. Almeno, così succede di solito. Ma quando i laser hanno smesso di brillare, grafite aveva altri piani: il calore continuato a scorrere, mentre i pettini caldi non sono diventati più freddo di depressioni. Come se la superficie di cottura è diventato di ghiaccio in quel momento, quando si è spento e non si raffredda gradualmente a temperatura ambiente. «E ' strano — il calore non dovrebbe fare così».

E di certo non dovrebbe fare così con queste alte temperature. Anche l'esperimento di Duncan ha permesso di stabilire un limite ad alta temperatura, in cui si manifesta il secondo suono: circa 120 Kelvin — più di 10 volte superiore, nel corso di misurazioni precedenti.

Quali sono le applicazioni pratiche di tali risultati aspetterebbe di trovare in futuro? In primo luogo, manipolazione con la temperatura, e non con criogenicamente raffreddati, sono più pratici. In secondo luogo, la grafite è molto diffuso materiale. Queste due proprietà per consentire agli ingegneri di superare un problema di gestione del calore in microelettronica. Immaginate che il calore da dissipare con la velocità del suono, consentendo di materiali e dispositivi a raffreddarsi molto più veloce.

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