Massachusetts'li Bir Öğrenci Yanlışlıkla Termodinamik Yasalarını İhlal Etti ve Kimse Bunun Nasıl Olduğunu Açıklayamıyor

[™ Admin]

Massachusetts'li Bir Öğrenci Yanlışlıkla Termodinamik Yasalarını İhlal Etti ve Kimse Bunun Nasıl Olduğunu Açıklayamıyor

Massachusetts Amherst Üniversitesi'nden şaşırtıcı bir gelişmeyle, fizikçilerden oluşan bir ekip, termodinamiğin temel prensiplerine meydan okuyan yeni bir sıvı davranışı keşfetti. Bu çığır açan buluş, manyetik parçacıkların emülsifikasyona nasıl müdahale ettiğine odaklanıyor; bu süreç, genellikle yağ ve su gibi karışmayan sıvıların belirli koşullar altında karışmasına izin verir.

Nature Physics'te yayınlanan çalışmada, araştırmacıların yumuşak madde fiziği alanında daha önce hiç gözlemlenmemiş bir şey olan "şekil geri kazandıran sıvı" olarak tanımladığı bir fenomen belgeleniyor.

Bir Öğrencinin Deneyi Yeni Soruları Tetikliyor

Keşif, UMass Amherst'teki bir laboratuvarda, fizik lisansüstü öğrencisi Anthony Raykh'ın mıknatıslanmış nikel parçacıkları kullanarak emülsifiye edilmiş bir yağ ve su karışımı oluşturmaya çalışmasıyla başladı. Manyetik malzemelerin yeni tip sıvılar üretmek için nasıl kullanılabileceğini araştırıyordu.

Ancak daha sonra olanlar beklentileri altüst etti. Karışım ne kadar kuvvetli çalkalanırsa çalkalansın, karışmak yerine iki sıvı tekrar tekrar ayrılıyor ve Yunan vazosuna benzeyen belirgin, kavisli bir formasyona yerleşiyordu.

Sonuç karşısında şaşkına dönen Raykh, Polimer Bilimi ve Mühendisliği Bölümü'ndeki öğretim görevlisi danışmanlarına danıştı. "'Bu şey ne?' diye düşündüm" dedi. "Bu yüzden koridorlarda aşağı yukarı yürüdüm... onlara neler olup bittiğini bilip bilmediklerini sordum." Profesörlerin hiçbiri ilk başta net bir açıklama yapamadı.

Sonunda, iki kıdemli araştırmacı Thomas Russell ve David Hoagland, bu davranışı potansiyel bir atılım olarak fark ettiler ve daha fazla araştırmaya başladılar.

Güçlü Manyetizma Emülsifikasyonu Geçersiz Kılar

Emülsifikasyon, maddelerin yağ ve su arasındaki sınır gibi arayüzlerde nasıl etkileşime girdiğini tanımlayan termodinamik yasalar tarafından yönetilir. Normalde, bir yağ-su karışımına minik parçacıklar eklendiğinde, yüzey gerilimini azaltır ve iki sıvının geçici olarak karışmasına yardımcı olurlar. Bu prensip gıda ürünlerinden endüstriyel malzemelere kadar her şeyde kullanılır. Ancak bu durumda, güçlü bir şekilde mıknatıslanmış nikel parçacıkları tam tersi bir etkiye sahip gibi görünüyordu.

Yumuşak malzemeler konusunda uzmanlaşmış bir profesör olan Hoagland'a göre, parçacıkların manyetik gücü, sıvılar arasındaki sınırı parçalamak yerine bükerek arayüz gerilimini artırmaya yetiyordu. Hoagland, "Farklı formların nasıl bir araya geldiğine dair son derece ayrıntılı bilgi edinebilirsiniz," diye açıkladı ve nanopartiküllerin manyetik kuvvet altında düzenlenmesinin küp şeklinin oluşumuna yol açtığını belirtti. Bu düzenleme, geleneksel emülsifikasyonu önledi ve termodinamik teori tarafından özetlenen kuralları atlatmış gibi göründü.

İşbirliği Bulguları Güçlendiriyor

Garip davranışı doğrulamak için UMass Amherst ekibi, Tufts Üniversitesi ve Syracuse Üniversitesi'nden araştırmacılarla işbirliği yaptı. Simülasyonlar ve ayrıntılı modelleme kullanarak, çok kurumlu ekip, oyundaki manyetik kuvvetlerin gerçekten de sıvı arayüzünü tamamen beklenmedik bir şekilde yeniden düzenleme yeteneğine sahip olduğunu doğruladı. Etki tutarlıydı; karışım her çalkalandığında, küp şekli dikkate değer bir hassasiyetle yeniden ortaya çıktı.

Raykh, "Bu karışım bu güzel, bozulmamış küp şeklini oluşturdu," dedi. Şeklin her bozulmadan sonra geri dönmesi, sistemin istikrarlı bir denge bulduğunun işaretiydi; ancak standart fiziğin öngördüğü türden değildi. Araştırmacılara göre, bu tür kendini yeniden düzenleyen davranış, sıvı karışımlarında daha önce hiç görülmemiş bir durumu temsil ediyor ve manyetizma gibi dış kuvvetlerin malzeme özelliklerini nasıl etkileyebileceğini anlamada yeni olasılıklar açıyor.

Yumuşak Madde Fiziğinde Yeni Sınırlar

Çalışmanın hemen pratik uygulamaları yok, ancak yumuşak madde fiziği alanı için çıkarımları önemli. UMass Amherst'te Polimer Bilimi ve Mühendisliği Silvio O. Conte Seçkin Profesörü olan Thomas Russell, bilimsel sistemlerdeki anormallikleri keşfetmenin önemini vurguladı. "Mümkün olmaması gereken bir şey gördüğünüzde, araştırmanız gerekir," dedi.

ABD Ulusal Bilim Vakfı ve Enerji Bakanlığı'nın fonlamasıyla desteklenen proje, manyetik manipülasyonun kendi kendini bir araya getiren malzemelerin yeni formlarına nasıl yol açabileceğine dair artan ilgiyi yansıtıyor. Araştırma devam ettikçe, bulgular akıllı sıvılar, programlanabilir malzemeler veya manyetik olarak tahrik edilen sistemlerde gelecekteki yeniliklere katkıda bulunabilir - ancak şimdilik, küp şeklindeki sıvı bildiğimizi sandığımız şeylere meydan okuyan bilimsel bir merak olmaya devam ediyor.

Kaynak: Daily Galaxy