Fundamenty fizyki zachwiane
Do eksperymentu wykorzystano laser rentgenowski LCLS (Linac Coherent Light Source), który pozwolił osiągnąć temperatury porównywalne z tymi panującymi wewnątrz gwiazd. Gdy złoto rozgrzano do tak niebywałych granic, zaobserwowano coś nieoczekiwanego: metal rozszerzał się zaskakująco szybko w porównaniu z przewidywaniami modelu Drudego – teorii obowiązującej od 1900 roku, tłumaczącej właściwości elektryczne i termiczne metali. Autorzy publikacji na ten temat podkreślają, że złoto rozszerzyło się znacznie szybciej, niż przewidywał model Drudego. Ten zakładał, że elektrony i sieć atomowa wymieniają energię powoli, niemal niezależnie. Tymczasem najnowsze wyniki podważyły to założenie, co rzuca nowe światło na naszą wiedzę o materii. To nie pierwszy raz, gdy eksperymenty kwestionują podstawowe założenia fizyki, lecz skala tej rozbieżności robi wrażenie.
Czytaj też: Układ okresowy wkrótce może się powiększyć. Chiński przełom w syntezie pierwiastków superciężkich
Winowajca: katastrofa entropii
Naukowcy wyjaśniają to zjawisko tzw. katastrofą entropii. W ekstremalnym żarze elektrony niemal natychmiast przekazały energię sieci atomowej złota, prowadząc do gwałtownego wzrostu entropii – miary nieuporządkowania układu. Co ciekawe, ten proces przebiegł błyskawicznie, podczas gdy tradycyjnie entropia rośnie stopniowo. To fundamentalne wyzwanie dla modelu Drudego, który nie uwzględniał tak intensywnych interakcji między elektronami a atomami. Trudno nie odnieść wrażenia, że natura w ekstremalnych warunkach lubi pisać własne reguły. Wyniki badań na ten temat opublikowano w Nature Communications. I choć dotychczasowe doniesienia brzmią sensacyjnie, to warto zachować ostrożność – to dopiero początek drogi do pełnego zrozumienia badanych mechanizmów.
Co to oznacza dla przyszłości?
Choć daleko nam do tworzenia gwiazd w laboratorium, odkrycie może mieć praktyczne konsekwencje. Lepsze poznanie materii w ekstremalnych warunkach powinno mieć przełożenie na rozwój badań nad fizyką wysokich energii, postępy w eksperymentach nad fuzją jądrową, projektowanie materiałów odpornych na ekstremalne obciążenia czy też modelowanie procesów zachodzących wewnątrz gwiazd.
Wyniki są kluczowe dla zrozumienia materii w ekstremalnych warunkach, takich jak wnętrze gwiazd czy reaktorów fuzyjnych. – wyjaśniają autorzy raportu opublikowanego w Nature
Szczególnie ciekawe są implikacje dla energetyki fuzyjnej. Fuzja jądrowa, zasilająca gwiazdy, wymaga kontroli materii w ekstremalnych temperaturach. Dokładniejsze modele jej zachowania mogą przybliżyć nas do opanowania tego źródła czystej energii. Nie należy jednak spodziewać się rewolucji w najbliższym czasie. Takowa powinna być kwestią lat, a ostatnie rewelacje mogą stanowić kolejny krok w długofalowym procesie. Można się jednak spodziewać, że badania nad innymi metalami w podobnych warunkach przyniosą kolejne niespodzianki.
Czytaj też: Niezwykły izotop glinu łamie zasady fizyki. Naukowcy odkryli coś, czego nie przewidziały modele teoretyczne
Nauka w ruchu
Eksperyment ze złotem przypomina, że nawet najbardziej ugruntowane teorie mogą wymagać korekty w obliczu nowych danych. To fascynujące, jak materia w ekstremach kwestionuje nasze założenia. Choć model Drudego służył nauce przez ponad 120 lat, teraz czeka go aktualizacja. I właśnie na tym polega piękno nauki – nieustanne testowanie granic naszej wiedzy, bez względu na to, jak pewne wydają się teorie. Tutaj sprawa jest podwójnie interesująca: zarówno dzięki podważeniu długo uznawanego mechanizmu, jak i mnogości potencjalnych zastosowań w rzeczywistym świecie.