sly2m (sly2m) wrote,
sly2m
sly2m

Ученые открыли силу теплового притяжения

Ученые Калифорнийского университета в Беркли экспериментально обнаружили новую силу природы — силу притяжения за счет теплового излучения, то есть грубо говоря, оказывается, что теплые тела притягивают к себе другие предметы. И это не шутка, хотя звучит как шутка.

1502825485-aed1b945b16d7cd5629db225d362c372

Оригинал статьи "Attractive force on atoms due to blackbody radiation" на английском языке на сайте препринтов arXiv.org

За научными деталями, с выкладками и графиками, но изложенными понятным русским языком, посоветую зайти на элементы.ру и почитать статью Игоря Иванова. Прям рекомендую.

Игорь Иванов — настоящий ученый–популяризатор (не то, что некоторые тут), вряд ли кто–нибудь расскажет понятней и точнее, чем он. Но читать статьи ученого, даже когда он пытается изъясняться очень просто - все равно не просто. Требуется математическая подготовка, небоязнь формул, желание разбираться в графиках. Если хочется, ну, совсем простого объяснения на пальцах™ и в двух–трех абзацах от Слая, то суть примерно такова:

Естественно, это никакая не новая фундаментальная сила природы, как гравитационная или сильное взаимодействие. Это лишь еще один забавный микроскопический эффект, вроде силы Казимира. В принципе, эффект абсолютно квантовый, хотя Игорь Иванов и пытается его по–простецки расписать в виде элементарного влияния электростатического поля на диполь. Но там если начать копать, все равно квантомеханические эффекты начинаются во все поля, так что физика весьма сложная, хоть и можно ее упрощенно на пальцах™ к диполям свести.

Короче говоря, 4 года назад появилась теоретическая статья "Attractive Optical Forces from Blackbody Radiation", в которой предполагался забавный эффект. Любое нагретое тело излучает тепло. Излучает в виде электромагнитных волн инфракрасного спектра. Если рядом с этим телом (но не очень близко, иначе еще и эффект Казимира может проявиться) расположить какую–нибудь маленькую–премаленькую штуку, вроде пылинки или даже атома, то нагретое тело будет оказывать на данную пылинку (атом) влияние в виде нескольких сил.

Во–первых: по закону Ньютона, все тела притягиваются, и нагретое (или не нагретое) тело гравитационно притягивает к себе атом, как и атом притягивает к себе тело. Что, кстати, абсолютно ни у кого сомнений не вызывает, хотя до сих пор, еще никогда не было экспериментально проверенно на таких масштабах (когда небольшое тело и атом), что может теоретически вызвать некие презанятнейшие коллизии, см. мою статью "Почему у нашего пространства три измерения на пальцах™"

Во–вторых: Свет (и тепло), как электромагнитная волна, оказывает давление света. Тоже не новость, открыто (экспериментально проверено) еще в 1899 Петром Лебедевым.

Одна сила притягивает, другая отталкивает. Так вот оказалось, что в системе нагретое тело и атом (или пылинка, или бактерия или вообще какой–то макроскопический объект, ибо все эффекты очень мизерные и на кирпичах и футбольных мячах практически неощутимы) возникает еще одна сила. За счет того, что инфракрасное излучение это электромагнитная волна, то есть изменяющееся в пространстве и времени электромагнитное поле, любой предмет, обладающий электрическим зарядом, помещенный в это поле начинает его "чувствовать", то есть ощущать воздействие.

А если предмет электрически нейтрален, но имеет внутри заряды (как любой нормальный объект, состоящий из атомов, в которых находятся протоны и электроны), это внешнее электромагнитное поле немножко растаскивает заряды, превращая предмет в диполь, да еще и ориентирует его в пространстве таким образом, что этот диполь начинает притягиваться в ту сторону, где напряженность поля выше. А напряженность поля выше там, где горячее тело излучает эти инфракрасные электромагнитные волны, то есть легкий микроскопический предмет, подвешенный рядом с теплым телом, как бы "электризуется", и "начинает притягиваться" туда, откуда исходят тепловые лучи.

Внимание! Именно здесь происходит то самое упрощение и напальцивание. Повторюсь, эффект полностью квантовый, и атому или другой частице, превращенной из–за облучения в диполь, оказывается выгодней двигаться в сторону градиента напряженности электромагнитного поля, потому что так велят Шредингер, Паули и Гейзенберг, а не потому что так притягивают Лоренц с Ампером.

При определенных параметрах нагрева, масс и размеров тел, данная "сила теплового притяжения" (которая, как я уже сказал, не сила, что прям сила, а лишь забавный квантовый эффект), оказывается в разы выше и силы гравитационного притягивания, и силы отталкивания из–за давления света, и получается, что висящие атомы притягиваются к нагретой болванке, хотя, казалось бы, должны от нее этим тепловым излучением отталкиваться. Что и было экспериментально протестировано калифорнийскими учеными.

Интересно, что подобным или похожим эффектом в науке уже лет пятьдесят пользуются в виде т.н. оптического пинцета. Но там сложная система лазера с очень точно подобранной частотой луча, чтобы компенсировать давление света, и подвесить микроскопический объект в оптической ловушке. С помощью данного лазерного пинцета ученые давно ставят опыты над отдельными бактериями или даже молекулами, но почему–то до 2013 года никому не приходило в голову, что не нужно никаких высокоточных лазеров, любое нагретое тело станет притягивать.
Tags: бесполезные знания, наука
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 14 comments