Вот так новость: тепловое излучение от нагретого тела притягивает находящиеся поблизости атомы …
- В этой теме 3 участника и 2 ответа.
-
Ученые Калифорнийского университета в Беркли экспериментально обнаружили новую силу природы— силу притяжения за счет теплового излучения, то есть грубо говоря, оказывается, что теплые тела притягивают. И это не шутка, хотя звучит как шутка.
Оригинал статьи "Attractive force on atoms due to blackbody radiation" на английском языке
Если вы хотите научных деталей, с выкладками и графиками, но изложенных понятным русским языком, порекомендую статью Игоря Иванова на элементах.ру
Суть примерно такова:
Естественно, это никакая не новая фундаментальная сила природы, как гравитационная или сильное взаимодействие. Это лишь еще один забавный микроскопический эффект, вроде силы Казимира. В принципе, эффект абсолютно квантовый, хотя Игорь Иванов и пытается его по–простецки расписать в виде элементарного влияния электростатического поля на диполь. Но там если начать копать, все равно квантомеханические эффекты начинаются во все поля, так что физика весьма сложная, хоть и можно ее упрощенно на пальцах™ к диполям свести.
Короче говоря, 4 года назад появилась теоретическая статья "Attractive Optical Forces from Blackbody Radiation", в которой предполагался забавный эффект. Любое нагретое тело излучает тепло. Излучает в виде электромагнитных волн инфракрасного спектра. Если рядом с этим телом (но не очень близко, иначе еще и эффект Казимира может проявиться) расположить какую–нибудь маленькую–премаленькую штуку, вроде пылинки или даже атома, то нагретое тело будет оказывать на данную пылинку (атом) влияние в виде нескольких сил.
Во–первых: по закону Ньютона, все тела притягиваются, и нагретое (или не нагретое) тело гравитационно притягивает к себе атом, как и атом притягивает к себе тело. Что, кстати, абсолютно ни у кого сомнений не вызывает, хотя до сих пор, еще никогда не было экспериментально проверенно на таких масштабах (когда небольшое тело и атом), что может теоретически вызвать некие презанятнейшие коллизии.
Во–вторых: Свет (и тепло), как электромагнитная волна, оказывает давление света. Тоже не новость, открыто (экспериментально проверено) еще в 1899 Петром Лебедевым.
Одна сила притягивает, другая отталкивает. Так вот оказалось, что в системе нагретое тело и атом (или пылинка, или бактерия или вообще какой–то макроскопический объект, ибо все эффекты очень мизерные и на кирпичах и футбольных мячах практически неощутимы) возникает еще одна сила. За счет того, что инфракрасное излучение это электромагнитная волна, то есть изменяющееся в пространстве и времени электромагнитное поле, любой предмет, обладающий электрическим зарядом, помещенный в это поле начинает его "чувствовать", то есть ощущать воздействие.
А если предмет электрически нейтрален, но имеет внутри заряды (как любой нормальный объект, состоящий из атомов, в которых находятся протоны и электроны), это внешнее электромагнитное поле немножко растаскивает заряды, превращая предмет в диполь, да еще и ориентирует его в пространстве таким образом, что этот диполь начинает притягиваться в ту сторону, где напряженность поля выше. А напряженность поля выше там, где горячее тело излучает эти инфракрасные электромагнитные волны, то есть легкий микроскопический предмет, подвешенный рядом с теплым телом, как бы "электризуется", и "начинает притягиваться" туда, откуда исходят тепловые лучи.
Внимание! Именно здесь происходит то самое упрощение и напальцивание. Эффект полностью квантовый, и атому или другой частице, превращенной из–за облучения в диполь, оказывается выгодней двигаться в сторону градиента напряженности электромагнитного поля, потому что так велят Шредингер, Паули и Гейзенберг, а не потому что так притягивают Лоренц с Ампером.
При определенных параметрах нагрева, масс и размеров тел, данная "сила теплового притяжения" (которая, как я уже сказал, не сила, что прям сила, а лишь забавный квантовый эффект), оказывается в разы выше и силы гравитационного притягивания, и силы отталкивания из–за давления света, и получается, что висящие атомы притягиваются к нагретой болванке, хотя, казалось бы, должны от нее этим тепловым излучением отталкиваться. Что и было экспериментально протестировано калифорнийскими учеными.
Интересно, что подобным или похожим эффектом в науке уже лет пятьдесят пользуются в виде т.н. оптического пинцета. Но там сложная система лазера с очень точно подобранной частотой света, чтобы компенсировать давление света, и подвесить микроскопический объект в оптической ловушке. С помощью данного лазерного пинцета ученые давно ставят опыты над отдельными бактериями или даже молекулами, но почему–то до 2013 года никому не приходило в голову, что не нужно никаких высокоточных лазеров, любое нагретое тело станет притягивать.
как вам такое сообщение?
- Форум «новости» закрыт для новых тем и ответов.