8 вещей, которые не может объяснить наука Страница 1 из 3

Что такое стекло, почему велосипед не падает набок, и ещёНаука появилась ради необходимости отвечать на вопросы людей. И вроде бы большая часть сложных явлений изучена вдоль и поперёк, а осталась «самая малость» — постичь природу тёмной материи, разобраться с проблемой квантовой гравитации, решить задачу размерности пространства-времени, понять, что такое тёмная энергия (и ещё несколько сотен подобных вопросов). Однако до сих пор остаются и более простые, казалось бы, явления, но которые учёные не в силах объяснить до конца.

Что такое стекло?



Нобелевский лауреат Уоррен Андерсон однажды сказал: «Самая глубокая и интересная из неразрешённых проблем в теории твёрдого состояния кроется в природе стекла». И хотя стекло известно человечеству уже не первое тысячелетие, в чём причина его уникальных механических свойств, учёные до сих пор не понимают. Из школьных уроков мы помним, что стекло — это жидкость, но так ли это? Учёные точно не знают, какова природа перехода между жидкой или твёрдой и стекловидной фазами и какие физические процессы приводят к основным свойствам стекла.

Процесс формирования стекла не удаётся объяснить с помощью ни одного из нынешних инструментов физики твёрдого тела, многочастичной теории или теории жидкостей. Если описать вкратце, жидкое расплавленное стекло при охлаждении постепенно становится всё более вязким, пока не обретает жёсткость. В то время как при формировании кристаллических твёрдых тел, например, графита, атомы в один момент образуют привычные периодические структуры. Тарун Читра, исследователь молекулярной динамики, объясняет организацию молекул в разных веществах на примере танца:

Идеальное твёрдое тело — это как медленный танец, когда два партнёра вместе с другими парами движутся вокруг своей стартовой позиции на танцевальной площадке.

Идеальная жидкость — это как вечеринка знакомств, когда каждый старается потанцевать со всеми в комнате (это свойство называется эргодичность), при этом средний темп, с которым все танцуют, примерно одинаковый.

Cтекло же по этой аналогии похоже на танец, когда группа людей разделяется на меньшие подгруппы и каждая кружится в своём хороводе. Вы можете меняться партнёрами из своего круга, и этот танец происходит вечно.

Стекло ведёт себя так, что его пока невозможно описать равновесной статистической механикой. В частности, субэкспоненциальные автокорреляции и кросскорреляционная функция стекла могут быть получены путём бесконечного числа случайных процессов. До какого-то момента система «работает» более-менее понятно и предсказуемо, но, если наблюдать за ней достаточно долго, вы начинаете видеть, как некоторые особенности лучше описываются теорией вероятности и случайных процессов.

Почему велосипед не падает на бок?



Конструкция велосипеда довольно проста, и, кажется, что давно понятно, как и почему двухколёсное средство сохраняет отличную устойчивость. Всегда считалось, что в сохранении баланса велосипеда важнейшую роль играют два механизма. Первый — автоматическое подруливание, или эффект кастора: если велосипед наклоняется в какую-то сторону, переднее колесо само поворачивается туда же, после чего центробежная сила возвращает колесо в начальное положение. Второй механизм связывают с гироскопическим моментом вращающихся колёс.

Американский инженер Энди Руина с коллегами взялся опровергнуть оба этих утверждения. Они сконструировали велосипед, похожий на самокат, у которого переднее колесо касается опоры перед точкой пересечения с нею оси передней вилки, что «отменяет» действие кастора. А кроме того, переднее и заднее колёса связаны с двумя другими, вращающимися в обратную сторону, и тем самым обнуляющими гироскопический эффект.

Тем не менее этот велосипед не так уж и быстро падает на бок. По сути, равновесие он держит не хуже обычного велосипеда и даже демонстрирует то же самое автоматическое подруливание. По результатам эксперимента авторы сделали вывод, что оба эффекта — и кастора, и гироскопа — играют важную роль в сохранении баланса едущего велосипеда, но оба не являются критически важными для него.

Отчего же не падает велосипед, до конца так и неизвестно. По последним предположениям инженеров, ключевую роль в этом играет особое распределение нагрузки.

Как работает плацебо?

  • 712
  • 08/09/2015


Поделись



Подпишись



Смотрите также

Новое