?

Log in

No account? Create an account

Август, 15, 2017

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.

Latest Month

Октябрь 2019
Вс Пн Вт Ср Чт Пт Сб
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

Метки

Разработано LiveJournal.com
Designed by Taylor Savvy