Μεγάλη ανατροπή στη Φυσική: «Έσπασαν» τυχαία ένα βασικό νόμο

21:45 18/4/2025 - Πηγή: Real.gr

Ένα νέο φαινόμενο στη φυσική των μαλακών υλικών, το οποίο παραβιάζει τους θεμελιώδεις νόμους της θερμοδυναμικής, εντοπίστηκε τυχαία από μεταπτυχιακό φοιτητή του Πανεπιστημίου της Μασαχουσέτης στο Άμχερστ.

Σε δημοσίευση στην επιθεώρηση Nature Physics, ερευνητές περιγράφουν ένα φαινόμενο όπου δύο μη αναμείξιμα υγρά, υπό την επίδραση μαγνητισμένων σωματιδίων νικελίου, συμπεριφέρονται με τρόπο που έρχεται σε αντίθεση με τις προβλέψεις των καθιερωμένων θερμοδυναμικών νόμων.

Από το τυχαίο στην επιστημονική έρευνα

Η έρευνα ξεκίνησε όταν ο μεταπτυχιακός φοιτητής Anthony Raykh παρατήρησε

ότι, αντί τα υγρά να αναμειγνύονται υπό ανατάραξη, όπως αναμένεται κατά τη διαδικασία του γαλακτωματοποιήματος, σχημάτιζαν σταθερά μια γεωμετρία παρόμοια με «ελληνικό αγγείο», όπως ανέφερε. Η ανακάλυψη αυτή έρχεται σε αντίθεση με την κλασική θερμοδυναμική, η οποία ορίζει ότι υπό συνεχή διέγερση και παρουσία γαλακτωματοποιητών, τα μη αναμείξιμα υγρά τείνουν να ομογενοποιούνται.

Ο επικεφαλής της μελέτης, καθηγητής Thomas Russell, σχολίασε χαρακτηριστικά: «Φανταστείτε το αγαπημένο σας ιταλικό ντρέσινγκ σαλάτας. Περιέχει λάδι, νερό και καρυκεύματα, και πριν το χρησιμοποιήσετε, το ανακινείτε για να αναμειχθούν τα συστατικά».

Ωστόσο, στο πείραμα του Άμχερστ, παρά την ανακίνηση, η προσθήκη μαγνητισμένων νανοσωματιδίων δεν ανέμειξε εν τέλει τα υγρά, άλλα άλλαξε ριζικά την τελική συμπεριφορά του συστήματος.

Τι ανακάλυψε η έρευνα

Η ομάδα του Raykh, σε συνεργασία με ερευνητές από τα Πανεπιστήμια Syracuse και Tufts, κατέληξε μέσω αριθμητικών προσομοιώσεων, στο συμπέρασμα ότι η ισχυρή μαγνητική επίδραση αλλάζει τη διαχωριστική επιφάνεια των υγρών, κάμπτοντας τη γεωμετρία του συστήματος και αποτρέποντας τη γαλακτωματοποίηση.

Σύμφωνα με τον καθηγητή David Hoagland, η μικροσκοπική συμπεριφορά των μαγνητισμένων σωματιδίων είναι καθοριστική:
«Όταν εξετάζεις λεπτομερώς τα σωματίδια νικελίου που σχηματίζουν το όριο μεταξύ λαδιού και νερού, μπορείς να δεις πώς η έντονη μαγνήτιση επηρεάζει τη διαδικασία συναρμολόγησης και διαταράσσει τον μηχανισμό που περιγράφουν οι θερμοδυναμικοί νόμοι».

Παρότι οι ίδιοι οι συντάκτες της μελέτης αναγνωρίζουν ότι το φαινόμενο δεν έχει προς το παρόν πρακτική εφαρμογή, υποστηρίζουν πως αποτελεί μοναδική περίπτωση παρατήρησης μιας νέας φάσης στη φυσική μαλακής ύλης, με ενδεχόμενες προεκτάσεις σε μελλοντικές τεχνολογίες νανοϋλικών ή ελεγχόμενης μικροδομής.

Η ανακάλυψη δεν ανατρέπει τους νόμους της θερμοδυναμικής όπως τους γνωρίζουμε, αλλά αναδεικνύει το πώς εξωτερικές επιρροές, όπως το μαγνητικό πεδίο σε νανοκλίμακα, μπορούν να προκαλέσουν μη αναμενόμενες αποκλίσεις από τη θεωρητική συμπεριφορά υλικών συστημάτων.