Dele:
10 umulige ting fysikere gjort det mulig
I den underlige verden av fysikk er det umulige alltid mulig. Men i nyere tid har mange forskere klart å overgå selv denne advarselen og har oppnådd noen spektakulære førsteganger.
10 Law-Bending Coldness
Tidligere kunne forskere ikke kjøle et objekt utover en barriere som kalles "kvantegrensen." For å gjøre noe mykt, må en laser bremse atomer og deres varme-produserende vibrasjoner. Ironisk gir laserlys varme til avtalen. Til tross for at temperaturen senkes, forhindrer den også at den faller under kvantegrensen. Overraskende utformet fysikere en trommel av vibrerende aluminium og klarte å senke temperaturen til 360 mikroKelvin, eller 10.000 ganger mer kjølt enn dypet i rommet. Trommelen målt 20 mikrometer i diameter (et menneskehår er 40-50 mikrometer), og forsøket trodde den berømte grensen.
Når man trodde at det var umulig, var gjennombruddet en romanlaserteknikk som kan "klemme" lys og lede partiklene med en mer intens stabilitet i en retning. Dette fjernet laserens svingninger som økte varmen. Trommelen er den mest fregne mekaniske gjenstanden som er registrert, men ikke det kaldeste, noe som er et Bose-Einstein-kondensat. Likevel kan prestasjonen en dag spille en rolle i superfast elektronikk og bidra til å løse de fremmede atferdene av kvanteverdenen som vises når materialer nærmer seg sine fysiske grenser.
9 Det lyseste lyset
Utstrålingen av vår egen sol er allerede bemerkelsesverdig. Nå, tenk på det kombinerte lyset av en milliard soler. Det handler om det tilsvarende som fysikere nylig ble til liv i et laboratorium. Offisielt opptrådte lyset også på en uventet måte den lyseste lysstyrken som noensinne har sett på jorden. Det endret objekter 'utseende.
For å forstå dette må man se på hvordan synet fungerer. Fotoner må spredes fra elektroner før visjon blir mulig. Under normale omstendigheter støter elektroner en fot på gangen. Når noe blir lysere, forblir formen vanligvis den samme som i lavere lys. Den kraftige laseren som ble brukt i forsøket, spredte en kjeve-slippende 1000 fotoner. Siden spredning er synlig, endret intensiteten som det skjedde på, forandret fotons oppførsel og følgelig hvordan en opplyst gjenstand oppfattes. Denne merkelige effekten ble tydeligere da superlyset ble sterkere. Fordi fotons normale energi og retning ble endret, ble lys og farger produsert på uvanlige måter.
8 Molekylært svart hull
Et team av fysikere opprettet nylig noe som oppførte seg som et svart hull. De distribuerte den kraftigste røntgenlaseren som eksisterte, Linac Coherent Light Source (LCLS), for å zap jodmetan og iodbenzen molekyler. Forskerne forventer at strålen skal skape de fleste elektronene fra molekylets jodatom, og etterlate et vakuum. I eksperimenter med svakere lasere hevet denne tomheten da opp elektroner fra den ytre delen av atomet. Når LCLS traff, skjedde det forventede - etterfulgt av noe overraskende. I stedet for å stoppe med seg selv, begynte jodatomet å spise elektroner fra nærliggende hydrogen og karbonatomer. Det var som et lite svart hull inne i et molekyl.
Senere blaster banket ut de stjålne elektronene, men tomrummet sugde i noe mer. Syklusen ble gjentatt til hele molekylet eksploderte. Jodatomet var det eneste atom som oppførte seg som dette. Større enn resten absorberte den en enorm mengde røntgenenergi, og tapte sine originale elektroner. Tapet forlot atometet med en sterk nok positiv ladning for å fjerne elektronene fra mindre atomer.
7 Metallisk hydrogen
Det er blitt kalt den "hellige graden av høytrykksfysikk", men til nå har ingen forsker noensinne lyktes i smiing av metallisk hydrogen. Som en mulig superleder er det en svært ettertraktet form av det normalt gassformede elementet. Muligheten for å slå hydrogen til et metall ble først foreslått i 1935. Fysikere teoretiserte at massivt trykk kunne føre til transformasjonen. Problemet var at ingen kunne produsere den typen ekstreme press.
I 2017 tweaked et amerikansk team en gammel teknikk og brakte det teoretiske materialet til for første gang. Tidligere eksperimenter ble utført inne i en anordning som ble kalt en diamantmothile-celle. Force er generert ved å bruke to syntetiske diamanter motsatt hverandre, men de sprakk alltid på det kritiske punktet. Fysikerne brukte cellekammeret, men designet en ny formnings- og poleringsprosess som forhindret de fryktede bruddene. Enheten kunne da produsere et svimlende trykk: mer enn 71,7 millioner pounds per kvadrat tommer. Ikke engang i midten av jorden finner man en slik klemme.
6 Computer Chip Med Braceller
Når det gjelder livsnerven i elektronikk, kan lys en dag erstatte elektrisitet. Fysikere forstod lysets potensial i denne sammenhengen for tiår siden da det ble klart at dets bølger kunne bevege seg ved siden av hverandre og dermed utføre et mylder av oppgaver samtidig. Tradisjonell elektronikk stole på transistorer for å åpne og lukke veier for elektrisitet, og begrense hva som kan gjøres. En bemerkelsesverdig nylig oppfinnelse var en dataplate som mimicket den menneskelige hjerne. Det tenker "raskt" ved å bruke lysstråler som interagerer med hverandre på en måte som er analog med nevroner.
Tidligere ble enklere nevrale nettverk opprettet, men utstyret spenner over flere tabeller. Noe mindre ble ansett som umulig. Laget av silikon, måler den nye brikken et par millimeter over og beregner med 16 nevroner.Laserlys går inn i brikken og splitter deretter i bjelker som hvert signalnummer eller informasjon ved å variere i lysstyrke. Intensiteten til laseren som avslutter gir svaret på nummeret knusing eller hvilken informasjon det ble bedt om å gi en løsning for.
5 umulig form for materiell
Si hei til supersolids. Denne oddballen er ikke så veldig hard som navnet tilsier. I stedet har det bisarre materialet den stive krystallinske strukturen av alle faste stoffer samtidig som det synes å være et fluidum. Dette paradokset var øremerket for å forbli urealisert fordi det flyr i møte med kjent fysikk. I 2016 produserte imidlertid to uavhengige vitenskapelige lag saken bærer varemerkene til en supersolid. Utrolig brukte begge forskjellige tilnærminger til å gjøre det som mange trodde, ikke en eneste teknikk kunne oppnå.
De sveitsiske forskerne opprettet et Bose-Einstein-kondensat (den kaldeste saken noensinne) ved vakuumkjøling av rubidiumgass til den isete ekstreme. Kondensatet ble deretter flyttet til en dobbeltkammeranordning, hvert kammer inneholdende små motsatte speil. Lasere oppmuntret til en transformasjon, og partiklene reagerte ved å arrangere seg inn i det krystallinske mønsteret av et fast stoff, mens materialet opprettholdte dets fluiditet. Amerikanerne kom til samme underlige hybridmateriale, men opprettet kondensat etter behandling av natriumatomer med fordampende kjøling og lasere. Deretter brukte de lasere til å skifte atomens tetthet til den krystalllignende strukturen dukket opp i deres flytende prøve.
4 Negativ-massevæske
I 2017 utformet fysikere en forferdelig ting: en form for materie som beveger seg mot den kraften som presset den bort. Mens ikke akkurat en boomerang, har den det man ville kalle negativ masse. Positiv masse er normaliteten de fleste er vant til: Du skyver noe, og objektet vil akselerere i retningen det ble presset inn. For første gang ble det opprettet et væske som oppfører seg i motsetning til alt som noen noensinne har sett i den fysiske verden. Når den skyves, akselererer den bakover.
Igjen ble et Bose-Einstein-kondensat avkjølet av rubidiumatomer. Vitenskapsmenn hadde nå en superfluid med vanlig masse. De herdet atomer tett sammen med lasere. Deretter bekymret et andre sett med lasere atomerene for å endre måten de spinner på. Når det slippes ut fra de første lasers stramme grep, ville et normalt væske ha spredt seg utover og vekk fra sentrum, noe som i utgangspunktet gjør pressingen. Den forandrede rubidium superfluidet, med en rask nok hastighet, spredte seg ikke når den ble løslatt, men stoppet død i en visning av negativ masse.
3 tidskrystaller
Da Frank Wilczek, en nobelprisvinnende fysiker, foreslo tidskrystaller, hørtes ideen gal, særlig den delen som de kunne produsere bevegelse i grunntilstand, det laveste energimengden i materie. Bevegelsen er teoretisk umulig fordi energi er nødvendig der det er lite til ingen. Wilczek mente at evig bevegelse kunne oppnås ved å flippe en krystallens atomjustering inn og ut av bakken. Et slikt objekts atomstruktur vil gjenta i tide, og produsere konstant veksling uten å trenge energi. Dette gikk imot fysikkloven, men i 2017, fem år etter at Wilczek hadde forestilt det bisarre saken, fant fysikere ut hvordan de skulle gjøre noen.
Ett lag manipulerte ti sammenhengende ytterbiumioner med to lasere. En dannet et magnetfelt, mens den andre justerte atomerene spinnte inntil Wilczeks flipping skjedde. På Harvard ble en tidskrystall født da nitrogen urenheter ble vendt i diamanter. Selv om tidskrystaller nå aksepteres og ikke bare er en vanvittig teori, må de periodisk zappes for å fortsette å bla. De kan ikke være Wilczeks evige enheter, men tidskrystaller forblir ulikt noe forskere noensinne har studert.
2 Bragg speil
Et Bragg-speil kan ikke reflektere mye og er en ynkelig 1000 til 2000 atomer i størrelse. Men det kan reflektere lys, noe som gjør den nyttig på steder der de minste minste speilene er nødvendig, som i avansert elektronikk. Formen er ikke konvensjonell; Atomene henger i et vakuum, som ligner en streng av perler. I 2011 skapte en tysk gruppe den mest reflekterende en til dato (80 prosent) ved å lasere en klump på ti millioner atomer i et gittermønster.
Siden da har danske og franske lag kondensert mye antall atomer som er nødvendig. I stedet for å zippe atomer som ble bundet sammen, spredde de dem ved siden av mikroskopiske optiske fibre. Når det er riktig plassert riktig, reflekterer Bragg-tilstanden en bølgelengde av lys direkte tilbake til opprinnelsesstedet. Når lyset ble overført, rømte noen av fiberen og traff atomer. Den danske og franske strengen reflekterte henholdsvis 10 og 75 prosent, men begge returnerte lyset ned fiberen i motsatt retning. Bortsett fra lovende ubegrensede fremskritt innen teknologi, kan det også en dag vise seg nyttig i fremmede kvanteapparater, siden atomene i tillegg brukte lysfeltet til å samhandle med hverandre.
1 2-D Magnet
Fysikere har forsøkt å lage en 2-D-magnet siden 1970-tallet, men har alltid møtt feil. En ekte 2-D-magnet vil beholde sine magnetiske egenskaper selv etter at den har blitt strippet ned til staten som gjør den todimensjonal - et lag bare ett atom tykt. Forskere begynte å tvile på om en slik magnet var mulig.
I juni 2017 valgte forskerne kromtriiodid i deres bud om endelig å lage en 2-D magnet. Forbindelsen var attraktiv av flere grunner: Det var en lagdelt krystall, perfekt for tynning, og utstyrt med et permanent magnetfelt, og dets elektroner hadde en foretrukket spinnretning.Disse var kritiske pluss poeng som hjalp kromtriiodidet til å forbli magnetisk, selv etter at krystallet ble avskallet til sitt siste lag av atomer.
Verdens første virkelige 2-D-magnet oppstod ved en overraskende varm -228 grader Celsius (-378 ° F). Det stoppet å være en magnet når et andre lag ble erstattet, men gjenvunnet egenskapene igjen når et tredje og fjerde ark ble tilsatt. For øyeblikket fungerer det ikke ved romtemperatur, og oksygen skader det. Til tross for deres skjøthet, vil 2-D magneter tillate fysikere å fullføre eksperimenter som ikke er mulig før nå.