Ο ήχος της θερμότητας - Τι κατέδειξε έρευνα του ΜΙΤ

Ίχνη ενός «δεύτερου ήχου» όσον αφορά στη θερμότητα ήταν σε θέση να παρατηρήσουν φυσικοί του ΜΙΤ, στην πράξη καταγράφοντάς τον για πρώτη φορά.
Στα περισσότερα υλικά, η θερμότητα διασκορπίζεται και χάνεται στο περιβάλλον. Ωστόσο σε σπάνιες καταστάσεις της ύλης η θερμότητα «συμπεριφέρεται» ως κύμα, μετακινούμενη εμπρός και πίσω σαν ηχητικό κύμα, που κινείται από τη μια άκρη του δωματίου ως την άλλη. Αυτού του είδους το θερμικό κύμα φυσικοί χαρακτηρίζουν «δεύτερο ήχο».
Οι νέες εικόνες αποκαλύπτουν πώς η θερμότητα μπορεί να κινείται σαν κύμα μπρος και πίσω, ακόμα και αν η ίδια η ύλη ενός υλικού κινείται με εντελώς διαφορετικό τρόπο. Οι εν λόγω εικόνες «πιάνουν» την κίνηση της θερμότητας, ανεξαρτήτως των σωματιδίων των υλικών. «Είναι σαν να είχες μια δεξαμενή νερού και το ήμισυ του νερού να έβραζε» λέει, όπως αναφέρεται σε δημοσίευμα του MIT News, ο επίκουρος καθηγητής Ρίτσαρντ Φλέτσερ. «Αν παρατηρούσες εκείνη τη στιγμή, το ίδιο το νερό μπορεί να φαινόταν ήρεμο, μα ξαφνικά η άλλη πλευρά είναι ζεστή και μετά η άλλη είναι ζεστή, και η ζέστη πηγαινοέρχεται, ενώ το νερό φαίνεται ακίνητο».
Η ομάδα, της οποίας ηγήθηκε ο καθηγητής Μάρτιν Τσβιρλάιν, οπτικοποίησε τον «δεύτερο ήχο» σε ένα υπερρευστό- μια ειδική κατάσταση της ύλης που προκύπτει όταν ένα σύννεφο ατόμων ψυχραίνεται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, όπου τα άτομα αρχίζουν να ρέουν σαν να μην υπάρχει τριβή. Σε αυτή την υπερρευστή κατάσταση εικαζόταν πως η θερμότητα θα μπορούσε να ρέει σαν ένα κύμα- ωστόσο μέχρι τώρα δεν είχε παρατηρηθεί το φαινόμενο ευθέως.
Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο Science και αναμένεται να βοηθήσουν τους φυσικούς να κατανοήσουν καλύτερα τον τρόπο με τον οποίο η θερμότητα κινείται στα υπερρευστά και άλλα υλικά, περιλαμβανομένων των υπεραγωγών και των αστέρων νετρονίων.
Όταν νέφη ατόμων ψύχονται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν, πραγματοποιούν μετάβαση σε σπάνιες καταστάσεις της ύλης. Η ομάδα του Τσβιρλάιν στο ΜΙΤ διερευνά τα εξωτικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα μεταξύ εξαιρετικά ψυχρών ατόμων, και ειδικά των φερμιονίων- σωματιδίων που κανονικά αποφεύγουν το ένα το άλλο. Υπό συγκεκριμένες συνθήκες, ωστόσο, τα φερμιόνια μπορούν να «αναγκαστούν» να αλληλεπιδράσουν έντονα και να σχηματίσουν ζεύγη. Σε αυτή την κατάσταση τα φερμιόνια ρέουν με παράξενους τρόπους. Για τα νέα της πειράματα η ομάδα χρησιμοποίησε φερμιονικά άτομα λιθίου-6, που ήταν παγιδευμένα και σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.
Το 1938 ο φυσικό Λάζλο Τίσκα είχε προτείνει ένα μοντέλο δύο ρευστών για την υπερρευστότητα: Το ότι ένα υπερρευστό είναι στην πραγματικότητα ένα μείγμα κάποιου φυσιολογικού, κολλώδους ρευστού και ενός υπερρευστού χωρίς τριβή. Αυτό το μείγμα θα επέτρεπε δύο τύπους «ήχου»: Κανονικά κύματα πυκνότητας και περίεργα κύματα θερμοκρασίας, τα οποία ο φυσικός Λεβ Λαντάου αργότερα θα χαρακτήριζε «δεύτερο ήχο».
Από τη στιγμή που ένα ρευστό γίνεται υπερρευστό σε συγκεκριμένες εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, η ομάδα του ΜΙΤ θεώρησε πως τα δύο είδη ρευστού θα έπρεπε επίσης να μεταφέρουν διαφορετικά και τη θερμότητα: Στα κανονικά ρευστά, η θερμότητα θα έπρεπε να διασκορπίζεται κανονικά, ενώ σε ένα υπερρευστό θα μπορούσε να κινείται ως κύμα, σαν τον ήχο. «Ο δεύτερος ήχος είναι το σήμα κατατεθέν της ρευστότητας, μα στα εξαιρετικά ψυχρά αέρια ως τώρα μπορούσες να το δεις μόνο σε αυτή την αχνή αντανάκλαση των κυματισμών πυκνότητας που το συνόδευαν» είπε ο Τσβιρλάιν. «Ο χαρακτήρας του θερμικού κύματος δεν είχε αποδειχτεί ξανά στο παρελθόν» πρόσθεσε.
Ο Τσβιρλάιν και η ομάδα του προσπάθησαν να απομονώσουν και να παρατηρήσουν τον «δεύτερο ήχο», την κίνηση της θερμότητας σαν κύμα. Το έκαναν αναπτύσσοντας μια νέα μέθοδο θερμογραφίας- και τα πειράματα αυτά αποτελούν την πρώτη φορά που οι επιστήμονες είναι σε θέση να «δουν» απευθείας τον «δεύτερο ήχο». Τα ευρήματά τους, εκτιμούν, μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για περαιτέρω έρευνες όσον αφορά στη ροή της θερμότητας σε άλλα υλικά που αλληλεπιδρούν σθεναρά μεταξύ τους- και να τα κατανοήσουν καλύτερα.
Πηγή: huffingtonpost.gr