فیزیکدانان یک پدیده شگفت انگیز پیری در مواد را در طول زمان شناسایی کردند
فیزیکدانان یک پدیده شگفت انگیز پیری در مواد را در طول زمان شناسایی کردند -فیزیکدانان دارمشتات در حال بررسی فرآیندهای پیری در مواد هستند. آنها برای اولین بار تیک تاک یک ساعت داخلی را در شیشه اندازه گیری کردند. هنگام ارزیابی داده ها، آنها یک پدیده شگفت انگیز را کشف کردند.
ما زمان را تنها یک جهت را تجربه می کنیم. چه کسی تا به حال دیده است که یک فنجان بر روی زمین کوبیده شود، فقط پس از آن خود به خود دوباره جمع شود؟ برای فیزیکدانان ، این بلافاصله بدیهی نیست زیرا فرمول هایی که حرکات را توصیف می کنند صرف نظر از جهت زمان اعمال می شوند.
برای مثال، ویدئویی از یک آونگ که بدون مانع در حال چرخش است، اگر به سمت عقب حرکت کند، دقیقاً یکسان به نظر می رسد.
برگشت ناپذیری روزمره ای که ما تجربه می کنیم تنها از طریق قانون دیگری از طبیعت، قانون دوم ترمودینامیک، به وجود می آید. این بیان می کند که اختلال در یک سیستم به طور مداوم رشد می کند.
با این حال، اگر فنجان له شده دوباره جمع شود، اختلال کاهش می یابد.
ممکن است فکر کنید که پیر شدن مواد به اندازه شکستن یک لیوان غیر قابل برگشت است. با این حال، فیزیکدانان دارمشتات هنگام تحقیق در مورد حرکات مولکول‌ها در شیشه یا پلاستیک، اکنون دریافته‌اند که اگر از منظر خاصی به آنها نگاه شود، این حرکات برگشت‌پذیر هستند.
تیمی به رهبری تیل بومر در موسسه فیزیک ماده متراکم در دانشگاه فنی دارمشتات نتایج خود را در Nature Physics منتشر کرده است .
شیشه ها یا پلاستیک ها از مجموعه ای از مولکول ها تشکیل شده اند. ذرات در حرکت دائمی هستند و باعث می‌شوند بارها و بارها به موقعیت‌های جدید بروند. آنها دائماً به دنبال یک حالت انرژی مطلوب تر هستند، که خواص مواد را در طول زمان تغییر می دهد – پیر شدن شیشه.
با این حال، در مواد مفیدی مانند شیشه پنجره، این امر می تواند میلیاردها سال طول بکشد. فرآیند پیری را می توان با آنچه به عنوان “زمان مادی” شناخته می شود، توصیف کرد.
اینطور تصور کنید: این ماده دارای یک ساعت داخلی است که تیک تاک متفاوتی با ساعت روی دیوار آزمایشگاه دارد. بسته به سرعت سازماندهی مجدد مولکول های درون ماده، زمان مواد با سرعت متفاوتی حرکت می کند.
از زمانی که این مفهوم حدود 50 سال پیش کشف شد، هیچ کس در اندازه گیری زمان مادی موفق نبوده است. اکنون، محققان در دارمشتات به سرپرستی پروفسور توماس بلوچوویچ این کار را برای اولین بار انجام داده اند.
بومر می گوید: «این یک چالش تجربی بزرگ بود. نوسانات جزئی در مولکول ها باید با استفاده از یک دوربین فیلمبرداری فوق حساس ثبت می شد. بلوچوویچ می‌افزاید: «شما نمی‌توانید فقط به تکان خوردن مولکول‌ها نگاه کنید.
با این حال محققان متوجه چیزی شدند. آنها یک لیزر را به نمونه ساخته شده از شیشه هدایت کردند. مولکول های درون آن نور را پراکنده می کنند.
پرتوهای پراکنده روی سنسور دوربین همپوشانی دارند و الگوی آشفته ای از نقاط روشن و تاریک را تشکیل می دهند.
روش‌های آماری را می‌توان برای محاسبه اینکه نوسانات در طول زمان تغییر می‌کنند – به عبارت دیگر، سرعت تیک تاک ساعت داخلی ماده را می‌توان استفاده کرد.
بلوچوویچ می‌گوید: «این به اندازه‌گیری‌های بسیار دقیقی نیاز دارد که تنها با استفاده از دوربین‌های ویدیویی پیشرفته امکان‌پذیر بود.
اما ارزشش را داشت. تجزیه و تحلیل آماری نوسانات مولکولی، که محققان دانشگاه Roskilde در دانمارک به آن کمک کردند، نتایج شگفت انگیزی را نشان داد.
از نظر زمان ماده، نوسانات مولکول ها قابل برگشت به زمان هستند. این به این معنی است که اگر زمان مواد مجاز به تیک زدن به عقب باشد، آنها تغییر نمی کنند، مشابه ویدیوی آونگ، که هنگام پخش رو به جلو و عقب یکسان به نظر می رسد.
بومر تأکید می کند: «با این حال، این بدان معنا نیست که پیری مواد را می توان معکوس کرد». در عوض، نتیجه تأیید می کند که مفهوم زمان مادی به خوبی انتخاب شده است زیرا کل بخش برگشت ناپذیر پیری ماده را بیان می کند. تیک تیک آن تجسم گذر زمان برای مطالب مورد نظر است.
هر چیز دیگری که در رابطه با این مقیاس زمانی در مواد حرکت می کند به پیری کمک نمی کند. همانطور که به بیان استعاری، کودکانی که در صندلی عقب ماشین بازی می کنند، کمکی به حرکت آن نمی کنند.
محققان دارمشتات معتقدند که این امر به طور کلی در مورد مواد نامنظم صدق می کند، زیرا آنها دو دسته از مواد – شیشه و پلاستیک – را بررسی کردند و یک شبیه سازی کامپیوتری از یک ماده مدل را با نتایج یکسان انجام دادند.
موفقیت فیزیکدانان تازه شروع است. بلوچوویچ می گوید: «این ما را با کوهی از سؤالات بی پاسخ می گذارد.
به عنوان مثال، باید روشن شود که برگشت پذیری مشاهده شده از نظر زمان مادی تا چه حد به دلیل برگشت پذیری قوانین فیزیکی طبیعت است یا اینکه تیک تاک ساعت داخلی برای مواد مختلف چگونه متفاوت است.
محققان مشتاق تحقیقات بیشتر هستند، بنابراین اکتشافات هیجان انگیز بیشتری در راه است.
اطلاعات بیشتر: بومر، تی و همکاران، برگشت پذیری زمان در طول پیری مواد. فیزیک طبیعت (2024). DOI: 10.1038/s41567-023-02366-z
اطلاعات مجله: فیزیک طبیعت
