Del:
10 umulige ting fysikere netop gjort muligt
I den underlige verden af fysik er det umulige altid muligt. Men i nyere tid har mange forskere formået at overvinde selv denne advarsel og har opnået nogle spektakulære firsts.
10 lov-bøjende kulde
Tidligere kunne forskere ikke afkøle et objekt ud over en barriere kaldet "kvantegrænsen." For at gøre noget køligt skal en laser sænke sine atomer og deres varmeproducerende vibrationer. Ironisk nok bringer laserlys varme til aftalen. På trods af at temperaturen sænkes, forhindres det også i at falde under kvantegrænsen. Overraskende lavede fysikere en tromle af vibrerende aluminium og formåede at sænke temperaturen til 360 mikroKelvin eller 10.000 gange mere kølet end dybden af rummet. Tromlen målte 20 mikrometer i diameter (et menneskehår er 40-50 mikrometer), og eksperimentet afviste den berømte grænse.
Når man troede at være umuligt, var gennembrudet en ny laserteknik, der kan "klemme" lys og lede partiklerne med en mere intens stabilitet i en retning. Dette fjernede laserens udsving, der tilføjede varme. Tromlen er den mest frigjorte mekaniske genstand, der nogensinde er registreret, men ikke det koldeste stof, som er et Bose-Einstein-kondensat. Alligevel kan præstationen på en dag spille en rolle i superfast elektronik og hjælpe med at løse de fremmede adfærd i kvanteverdenen, der vises, når materialer nærmer sig deres fysiske grænser.
9 Det lysteste lys
Udstrålingen af vores egen sol er allerede bemærkelsesværdig. Forestil nu det kombinerede lys af en milliard soler. Det handler om det tilsvarende af, hvilke fysikere der for nylig blev levendegjort i et laboratorium. Officielt den skarpeste lysstyrke nogensinde set på jorden, opførte lyset også på en uventet måde. Det ændrede objekter 'optrædener.
For at forstå dette skal man se på, hvordan synet fungerer. Fotoner skal scatteres fra elektroner, før syn bliver mulig. Under normale omstændigheder støder elektroner en fot ad ad gangen. Når noget bliver lysere, forbliver formen sædvanligvis den samme som i lavere lys. Den kraftige laser, der blev brugt i eksperimentet, spredte en kæbefaldende 1.000 fotoner. Da spredning svarer til synlighed, ændrede intensiteten, hvor den opstod, den måde fotonerne opførte sig på og dermed hvordan en oplyst objekt opfattes. Denne mærkelige effekt blev mere tydelig, da superlyset blev stærkere. Fordi fotons normale energi og retning blev ændret, blev lys og farver produceret på usædvanlige måder.
8 Molecular Black Hole
Et team af fysikere skabte for nylig noget, der opførte sig som et sort hul. De anvendte den mest kraftfulde røntgen laser, der eksisterede, Linac Coherent Light Source (LCLS), til at zap jodmethan og iodbenzen molekyler. Forskere forventede strålen at scoop de fleste elektroner fra molekylets iodatom, hvilket efterlader et vakuum. I eksperimenter med svagere lasere hoverede denne tomhed derefter op elektroner fra atomens yderste del. Når LCLS ramte, skete det forventede - efterfulgt af noget overraskende. I stedet for at stoppe med sig selv begyndte iodatomet at spise elektroner fra nærliggende hydrogen og carbonatomer. Det var som et lille sort hul i et molekyle.
Efterfølgende blaster bankede de stjålne elektroner ud, men hulrummet sugede i nogle mere. Cyklusen blev gentaget, indtil hele molekylet eksploderede. Jodatomet var det eneste atom, der opførte sig som dette. Større end resten absorberede den en enorm mængde røntgenenergi og tabte sine originale elektroner. Tabet forlod atomet med en stærk nok positiv ladning for at fjerne elektronerne fra mindre atomer.
7 Metallisk hydrogen
Det er blevet kaldt "højtryksfysikens hellige gral", men indtil nu har ingen videnskabsmand nogensinde lykkedes at smide metalbrint. Som en mulig superleder er det en meget efterspurgt form af det normalt gasformige element. Muligheden for at omdanne hydrogen til et metal blev først foreslået i 1935. Fysikere theoretiserede, at massivt tryk kunne forårsage transformationen. Problemet var, at ingen kunne producere den slags ekstremt pres.
I 2017 tweakede et amerikansk team en gammel teknik og bragte det teoretiske materiale til virkelighed for første gang. Forudgående eksperimenter blev udført inde i en anordning kaldet en diamantambolcelle. Force genereres ved at bruge to syntetiske diamanter modsat hinanden, men de knækker altid på det kritiske punkt. Fysikerne brugte cellekammeret, men designet en ny formnings- og poleringsproces, som forhindrede de frygtede brud. Enheden kunne derefter producere et svimlende tryk: mere end 71,7 millioner pund pr. Kvadrat tomme. Ikke engang i midten af Jorden finder man sådan en klemning.
6 Computer Chip With Brain Cells
Når det kommer til livsnerven i elektronik, kan lys måske en dag erstatte elektricitet. Fysikere forstod lysets potentiale i denne sammenhæng årtier siden, da det blev klart, at dets bølger kunne rejse ved siden af hinanden og dermed udføre et utal af opgaver på én gang. Traditionel elektronik stole på transistorer for at åbne og lukke stier til elektricitet, hvilket begrænser det, der kan gøres. En bemærkelsesværdig ny opfindelse var en computerchip, som efterligner den menneskelige hjerne. Det "tænker" hurtigt ved at bruge lysstråler, der interagerer med hinanden på en måde, der er analog med neuroner.
Tidligere blev enklere neurale netværk skabt, men udstyret spændte flere tabeller. Noget mindre blev anset for umuligt. Den nye chip måles af silicone og måler et par millimeter tværs og beregner med 16 neuroner.Laserlys går ind i chippen og splitter derefter i bjælker, at hvert signal tal eller information varierer i lysstyrke. Intensiteten af de lasere, der går ud, giver svaret på nummeret crunching eller uanset informationen blev bedt om at give en løsning til.
5 umulig form for materiel
Sig hej til supersolids. Denne oddball er ikke lige så fantastisk som navnet antyder. I stedet har det bizarre materiale den stive krystallinske struktur af alle faste stoffer, samtidig som det synes at være en væske. Dette paradoks var øremærket for at forblive urealiseret, fordi det flyver i kendskab til kendt fysik. I 2016 producerede to uafhængige videnskabelige teams emner, der varemærket tilhørte en supersolid. Utroligt anvendte begge forskellige tilgange til at gøre, hvad mange troede ikke, at en enkelt teknik kunne opnå.
De schweiziske forskere skabte et Bose-Einstein-kondensat (det koldeste stof nogensinde) ved vakuumkøling af rubidiumgas til den isete ekstreme. Kondensatet blev derefter flyttet til en dobbeltkammeret indretning, hvor hvert kammer indeholdt små modstående spejle. Lasere opfordrede en transformation, og partiklerne reagerede ved at arrangere sig ind i et faststofs krystallinske mønster, mens materialet opretholdt dets fluiditet. Amerikanerne ankom til det samme underlige hybridmateriale, men skabte deres kondensat efter behandling af natriumatomer med fordampningskøling og lasere. Derefter brugte de lasere til at flytte atomernes tæthed, indtil den krystallignende struktur optrådte i deres flydende prøve.
4 Negativ-Massevæske
I 2017 udformede fysikere en sindrende ting: en form for materiel, der bevæger sig mod den kraft, der skubbede den væk. Mens ikke ligefrem en boomerang, har den hvad man ville kalde negativ masse. Positiv masse er den normalitet, som de fleste mennesker er vant til: Du skyder noget, og objektet vil accelerere i den retning, det blev skubbet ind. For første gang blev der skabt et væske, der opfører sig i modsætning til noget, som nogen nogensinde har set i den fysiske verden. Når den trykkes, accelereres den baglæns.
Endnu engang blev et Bose-Einstein-kondensat iset ud af rubidiumatomer. Forskere havde nu en superfluid med regelmæssig masse. De hyrede sine atomer tæt sammen med lasere. Så bekymrede et andet sæt lasere atomerne for at ændre den måde, de springer på. Når den frigives fra den første lasers fasthold, ville en normal væske have spredt udad og væk fra midten, hvilket i grunden gør skuddet. Den ændrede rubidium superfluid, med en hurtig nok hastighed, spredte ikke ved frigivelse, men stoppede død i en visning af negativ masse.
3 tidskrystaller
Da Frank Wilczek, en nobelprisvindende fysiker, foreslog tidskrystaller, var ideen kold - især den del, at de kunne producere bevægelse i jordtilstand, det laveste niveau af energi i materie. Bevægelsen er teoretisk umulig, fordi energi er nødvendig, hvor der er ringe til ingen. Wilczek mente, at evig bevægelse kunne opnås ved at flippe en krystals atomjustering ind og ud af jorden. En sådan genstands atomstruktur vil gentage i tide, hvilket fremkalder konstant skift uden at kræve energi. Dette gik imod fysikkens love, men i 2017, fem år efter Wilczek forestillede sig det bizarre spørgsmål, regnede fysikere med, hvordan man lavede nogle.
Et hold manipulerede ti sammenhængende ytterbiumioner med to lasere. Den ene dannede et magnetfelt, mens det andet justerede atomerne spinding indtil Wilczeks flipning opstod. Ved Harvard blev en tidskrystal født, da nitrogen urenheder blev omdrejst i diamanter. Selvom tidskrystaller nu accepteres og ikke bare er en vanvittig teori, skal de periodisk zappes for at holde flip. De kan ikke være Wilczeks evige apparater, men tidskrystaller forbliver i modsætning til noget, som forskere nogensinde har studeret.
2 Bragg spejle
Et Bragg-spejl kan ikke afspejle meget og er en smuk 1000 til 2000 atomer i størrelse. Men det kan afspejle lys, hvilket gør det nyttigt på steder, hvor de mindste spejle er nødvendige, som inden for avanceret elektronik. Formen er ikke konventionel; atomerne hænger i et vakuum, der ligner en streng af perler. I 2011 skabte en tysk gruppe den mest reflekterende en til dato (80 procent) ved at lasere en klump på ti millioner atomer i et gittermønster.
Siden da har danske og franske hold kraftigt kondenseret antallet af atomer, der er nødvendige. I stedet for at zappe atomer bundet sammen, spændte de dem ved siden af mikroskopiske optiske fibre. Når det er korrekt placeret korrekt, reflekterer Bragg-tilstanden en bølgelængde af lys direkte tilbage til dens oprindelsessted. Når lys blev overført, undgik nogle af fiberen og ramte atomerne. De danske og franske strenge afspejlede henholdsvis henholdsvis 10 og 75 procent, men begge returnerede lyset ned i fiberen i modsat retning. Bortset fra lovende ubegrænsede fremskridt inden for teknologi, kan det også en dag vise sig nyttigt i fremmede kvanteanordninger, da atomerne desuden anvendte lysfeltet til at interagere med hinanden.
1 2-D Magnet
Fysikere har forsøgt at lave en 2-D magnet siden 1970'erne, men har altid mødt fejl. En ægte 2-D magnet bevarer sine magnetiske egenskaber, selv efter at den er fjernet til staten, hvilket gør det todimensionelt - et lag kun et atom tykt. Forskere begyndte at tvivle på, om en sådan magnet måske var mulig.
I juni 2017 valgte forskere kromtriiodid i deres bud om endelig at skabe en 2-D magnet. Forbindelsen var attraktiv af flere grunde: Det var en lagdelt krystal, perfekt til udtynding, og udstyret med et permanent magnetfelt, og dets elektroner havde en foretrukken spinding.Disse var kritiske pluspunkter, der hjalp chromtriiodidet til at forblive magnetiske, selv efter krystallet blev skrællet ned til sit sidste lag af atomer.
Verdens første ægte 2-D-magnet fremkom ved en overraskende varm -228 grader Celsius (-378 ° F). Det ophørte med at være en magnet, da et andet lag blev udskiftet, men genvinde dets egenskaber igen, når der blev tilsat et tredje og fjerde ark. I øjeblikket virker det ikke ved stuetemperatur, og ilt ødelægger det. På trods af deres skrøbelighed vil 2-D magneter tillade fysikere at fuldføre eksperimenter, der ikke er mulige indtil nu.