10 inusuales de estado de la sustancia

La mayoría de la gente con facilidad llamarán tres clásicos estado de la materia: líquido, sólido y gaseoso. Aquellos que poco sabe la ciencia, añade a estos tres aún plasma.

Pero, con el tiempo, los científicos han ampliado la lista de los posibles estados de una sustancia más de esos cuatro. En este proceso hemos aprendido mucho acerca de la Gran Explosión, la luz de espadas y un estado de la sustancia oculta en una modesta курочке.

Amorfo y sólidos

Los sólidos amorfos es bastante interesante, el subgrupo conocido de estado sólido. En la normal de un objeto sólido las moléculas están bien organizados y no especialmente tienen espacio para el movimiento. Esto da firme de la sustancia de alta viscosidad, que es una medida de la resistencia de fluencia. El líquido, por otro lado, tienen неорганизованную estructura molecular, lo que les permite fluir, fluir, cambiar de forma y de adoptar la forma del recipiente en que se encuentran. Los sólidos amorfos se encuentran en algún lugar entre estos dos estados. En el proceso de витрификации líquido enfrían rápidamente y su viscosidad aumenta hasta el momento en que la sustancia ya no fluye como líquido, pero sus moléculas se quedan desordenadas y no tienen una estructura cristalina, como los sólidos.

El ejemplo más común de un sólido amorfo es un vidrio. Durante miles de años la gente ha estado haciendo el cristal de dióxido de silicio. Cuando стеклоделы refrescan el sílice del estado líquido al estado, de que en realidad no se endurece cuando cae por debajo del punto de fusión. Cuando la temperatura baja, la viscosidad aumenta, la sustancia parece más firme. Sin embargo, las moléculas siguen desordenadas. Y entonces el vidrio se vuelve amorfo y firme a la vez. Este proceso de transición ha permitido a los artesanos crear hermosos y surrealista de cristal de la estructura.

¿Cuál es la diferencia funcional entre amorfos sólidas y corriente en estado sólido? En la vida cotidiana no es especialmente apreciable. El cristal parece bastante firme, hasta que no se estudie en el nivel molecular. Y el mito de que el vidrio se escurre con el paso del tiempo, no vale la pena quebrado un centavo. Normalmente, este mito se sustenta en el criterio de que el viejo vidrio en las iglesias parece más gruesa en la parte inferior de las piezas, pero el motivo de esta imperfección стеклодувного proceso en el momento de la creación de estos vidrios. Sin embargo, estudiar amorfo sólidos como vidrio interesante desde el punto de vista científico para el estudio de las transiciones y la estructura molecular.

Supercrítica de líquidos (fluidos)



La mayoría de las transiciones se produce a una determinada temperatura y presión. Es bien sabido que el aumento de la temperatura en última instancia, convierte el líquido en gas. Sin embargo, cuando la presión aumenta con la temperatura, el líquido que comete un salto en el reino de fluidos supercríticos, que tienen propiedades tanto de gas como líquido. Por ejemplo, supercrítica líquido puede pasar a través de los sólidos como el gas, pero también pueden actuar como disolvente, como líquido. Es interesante que сверхкритическую el líquido se puede hacer más similar a un gas o un líquido, dependiendo de la combinación de la presión y de la temperatura. Esto ha permitido a los científicos encontrar multitud de aplicaciones para fluidos supercríticos.

Aunque supercrítica de líquido no son tan comunes como sólidos amorfos, probablemente usted interactúa con ellos tan a menudo como con el vidrio. El dióxido de carbono supercrítico aman la cerveza de la empresa por su capacidad de actuar como solvente en la interacción con el lúpulo, y el café se utilizan para la producción del mejor café sin cafeína. Supercrítica de líquido también se utilizaron para hacer más eficaz la hidrólisis y para centrales eléctricas funcionen a temperaturas más altas. En general, probablemente, utilizando los subproductos de la supercríticos de líquidos cada día.

Вырожденный gas

Aunque amorfo sólidos al menos se encuentran en el planeta Tierra, вырожденное la sustancia se encuentra sólo en ciertos tipos de estrellas. Вырожденный hay gas, cuando la presión externa de la sustancia no depende de la temperatura, como en la Tierra, y complejos cuánticos de los principios, en particular el principio de pauli. Debido a esto, la presión externa вырожденного de la sustancia se mantendrá, incluso si la temperatura de la sustancia caerá hasta cero absoluto. Se conocen dos tipos principales de вырожденного de la materia: electrónica вырожденное y neutrones-вырожденное la sustancia.

De electrones вырожденное sustancia existe principalmente en blanco enanos. Se acumula en el núcleo de la estrella, cuando la masa de la sustancia alrededor del núcleo intenta reducir los electrones del núcleo a menor estado de energía. Sin embargo, de acuerdo con el principio de pauli, dos iguales, las partículas no pueden estar en el mismo estado de energía. Por lo tanto, las partículas de "repeler" la sustancia alrededor del núcleo, creando presión. Esto sólo es posible si la masa de la estrella menos de 1,44 masa del Sol. Cuando la estrella se supera este límite (conocido como el límite de Чандрасекара), ella simplemente коллапсирует en нейтронную estrella o en un agujero negro.

Cuando la estrella коллапсирует y se convierte en una estrella de neutrones, ya no tiene electrones вырожденного de la sustancia, se compone de activación neutrónica вырожденного de la sustancia. Debido a que la estrella de la pesada, los electrones se combinan con los protones en su núcleo, formando neutrones. Libres de neutrones (los neutrones no están en el núcleo atómico) tienen un período de vida media de 10,3 minutos. Pero en el núcleo de la estrella de neutrones la masa de la estrella permite нейтронам existir fuera de los núcleos, formando neutrones-вырожденное la sustancia.

Otras exóticas formas de вырожденного sustancias también pueden existir, incluso la extraña materia que puede existir en una rara forma de estrella — кварковых de las estrellas. Кварковые de la estrella es una etapa entre la estrella de neutrones y un agujero negro, donde los quarks en el núcleo desatado, y forman el caldo de las quark. Todavía no hemos visto este tipo de estrellas, sino también de la física permiten su existencia.

Desarrolló un



De vuelta a la Tierra, para discutir сверхтекучие líquido. Desarrolló es un estado de la materia que existe en ciertos isótopos de helio, рубидия y el litio, refrigerados hasta casi el cero absoluto. Es un estado similar a la condensación de Bose — einstein (bose-эйнштейновский condensado, BACK), por un par de diferencias. Algunos de BACK сверхтекучи, y algunos сверхтекучие de estado son el BACK office, pero no todos ellos son idénticos.

El helio líquido es conocido por su сверхтекучестью. Cuando el helio se haya enfriado hasta el "punto de lambda" en -270 grados centígrados, parte del líquido se convierte en сверхтекучей. Si enfriar la mayor parte de las sustancias, hasta cierto punto, la atracción entre los átomos supera térmicas de la vibración en la sustancia, lo que les permite formar una estructura sólida. Pero los átomos de helio se comunican entre sí tan débil, que pueden permanecer líquidos a una temperatura de casi el cero absoluto. Por lo tanto, a una temperatura característica de los átomos se superponen, creando extrañas propiedades сверхтекучести.

El сверхтекучих sustancias no la viscosidad intrínseca. Сверхтекучие de la sustancia, colocados en un tubo de ensayo, comienzan a arrastrarse hacia arriba en los lados de los tubos, aparentemente, violando las leyes de la gravedad y la tensión superficial. El helio líquido fácilmente se desvanece, ya que puede llevar incluso a través de los agujeros microscópicos. Desarrolló también tiene extrañas термодинамическими propiedades. En este estado de la materia tienen cero de la termodinámica la entropía y el infinito de la conductividad térmica. Esto significa que los dos сверхтекучих sustancias no pueden ser termalmente diferentes. Si se añade en la сверхтекучее la sustancia de calor, se realizará lo más rápido que se forman las olas de calor, no propio para los líquidos.

El Condensado De Bose — Einstein
El condensado de Bose — einstein es, probablemente, uno de los más famosos vagas formas de materia. En primer lugar, tenemos que entender lo que es la бозоны y фермионы. Фермион es la partícula con полуцелым espino (por ejemplo, un electrón) o compuesta de la partícula (como la del protón). Estas partículas obedecen el principio de pauli, que le permite existir electrones вырожденной de la materia. Boso, sin embargo, tiene todo completo el espino, y una cuántico de estado pueden tomar varios quarks. Бозоны incluyen todas las partículas vectores de fuerza (como los fotones), así como algunos de los átomos, incluyendo el helio-4 y otros gases. Los elementos en esta categoría son conocidos como бозонные los átomos.

En la década de 1920, albert einstein tomó como base el trabajo de indio física Сатиендра nath Bose, para ofrecer una nueva forma de materia. Original de la teoría de einstein era que si se enfría ciertos elementales de los gases a la temperatura en una fracción de grado por encima del cero absoluto, las funciones de la onda después de la fusión, la creación de una "сверхатом". Qué es la sustancia va a tener efectos cuánticos en макроскопическом nivel. Pero sólo en la década de 1990 aparecieron las tecnologías necesarias para la refrigeración de los elementos de a tales temperaturas. En 1995, los científicos eric cornell y carl Виман han sido capaces de combinar 2000 de los átomos en el condensado de Bose — einstein, que era lo suficientemente grande para que se pueda ver en el microscopio.

Los condensados de Bose-einstein íntimamente relacionados con сверхтекучими de sustancias, pero también tienen su propio conjunto de propiedades únicas. Lo curioso y lo que BACK puede reducir la velocidad normal de la velocidad de la luz. En 1998, el estudioso de harvard, lena How pudo frenar la luz de hasta 60 kilómetros por hora, dejando el láser a través de la forma de cigarro muestra de BACK office. En posteriores experimentos de un grupo de Técnicos se pudo detener completamente la luz en el BACK office, apagando el laser, cuando la luz pase a través de la muestra. Estos experimentos han abierto un nuevo campo de la comunicación a partir de la luz y de la computación cuántica.

Metales Jan — Теллера

Metales jan — Теллера es la última de un niño en el mundo de los estados de la sustancia, ya que los científicos han logrado crear, por primera vez, sólo en el año 2015. Si los experimentos se confirma otros laboratorios, estos metales pueden cambiar el mundo, ya que tienen propiedades como aislante, y сверхпроводника.

Los científicos en el capítulo con el químico Космасом Прассидесом experimentado, introduciendo el rubidio en la estructura de las moléculas de carbono-60 (en un simple pueblo conocido bajo el фуллеренами), que llevaba a lo que buckyballs adopta una nueva forma. Este metal fue nombrada en honor de efecto jahn — Теллера, que describe cómo la presión puede cambiar la forma geométrica de las moléculas en las nuevas configuraciones electrónicas. En la química de la presión se logra no sólo a través de la compresión de algo, sino mediante la adición de nuevos átomos o moléculas en la preexistente estructura, modificando sus propiedades principales.

Cuando el grupo de estudio Прассидеса de inicio agregar el rubidio en moléculas de carbono-60, las moléculas de carbono modificados de los aisladores a la полупроводникам. Sin embargo, debido al efecto de jan — Теллера moléculas trataron de permanecer en la configuración antigua, que constituye la sustancia, que trató de ser aislante, pero tenía propiedades eléctricas сверхпроводника. La transición entre el aislador y сверхпроводником nunca no ha sido hasta que no comenzaron estos experimentos.

Es interesante en metales jan — Теллера lo que se vuelven сверхпроводниками a altas temperaturas (-135 grados centígrados, y no al 243,2 grados, como de costumbre). Acercan más al aceptables niveles para la producción en masa y la experimentación. Si todo se confirma, tal vez, estaremos un paso más cerca de la creación de сверхпроводников que trabajan a temperatura ambiente, que, a su vez, producirá una revolución en muchos sectores de nuestra vida.

Фотонное sustancia

Durante décadas se pensó que los fotones — безмассовые partículas que no interactúan entre sí. Sin embargo, en los últimos años, los científicos del MIT y de harvard han descubierto nuevas formas de "dotar" a la luz de peso e incluso para crear la "molécula de la luz", que rebotan entre sí y se unen juntos. Algunos consideraron que este es el primer paso en el camino a la creación de la luz de la espada.

La ciencia фотонной de la materia un poco más difícil, pero comprender su muy posible. Los científicos han comenzado a crear фотонную la materia, experimentando con переохлажденным рубидиевым gas. Cuando un fotón de простреливает gas, se refleja y se comunica con las moléculas de рубидия, perdiendo la energía y frenar. Finalmente, el fotón que sale de la nube es muy lento.

Cosas extrañas comienzan a suceder cuando se olvida de dos fotones a través de un gas, lo que genera el fenómeno conocido como el bloqueo de Ридберга. Cuando un átomo se excita el fotón, los átomos no pueden caliente hasta el mismo grado. Un átomo se convierte en el camino de un fotón. Para el átomo de cerca podía ser excitado por un segundo el fotón, el primer fotón debe pasar a través de un gas. Los fotones normalmente no interactúan entre sí, pero cuando nos reunimos con el bloqueo Ридберга, se empujan mutuamente a través de un gas, el intercambio de energía y su interacción entre sí. Desde fuera parece que los fotones tienen masa y que actúan como una sola molécula, aunque siguen siendo en realidad безмассовыми. Cuando los fotones que salen de gas, parecen соединившимися, como la molécula de la luz.

La aplicación práctica de фотонной de la materia hasta que queda en duda, pero sin duda se puede encontrar. Es posible, incluso en la luz de espadas.

Неупорядоченная сверходнородность

Tratando de determinar si la sustancia en un nuevo estado, que los científicos observan en la estructura de la sustancia, así como en sus propiedades. En 2003, salvatore Torquato y frank Стиллинджер de la universidad de princeton, propusieron un nuevo estado de la materia conocido como неупорядоченная сверходнородность. Aunque esta frase se ve оксюмороном, en su base se propone un nuevo tipo de sustancia que parece desordenado, en un examen, pero сверходнородным y estructurado de lejos. Qué es la sustancia debe poseer las propiedades de cristal líquido. A primera vista, ya hay en plasmas y líquido, hidrógeno, pero recientemente, los científicos descubrieron natural ejemplo de allí, donde nadie esperaba: en el ojo de pollo.

A las gallinas hay cinco conos de la retina. Cuatro detectan el color y el uno es responsable de los niveles de luz. Sin embargo, a diferencia del ojo humano o hexágonos de los ojos de los insectos, estos conos están dispersas por casualidad, no tienen una real orden. La razón es que los conos en el ojo de pollo tienen una zona de exclusión alrededor, y los que no permiten que dos колбочкам de un tipo que esté cerca. Debido a la zona de exclusión y la forma de conos que no se puede formar una racionalización de las estructuras cristalinas (como en sólidos), pero cuando los conos se consideran como un todo, resulta que ellos tienen высокоупорядоченный patrón, como se ve en las imágenes de princeton a continuación. Por lo tanto, podemos describir estos conos en la retina de los ojos como el líquido en un examen y como un sólido cuando se mira de lejos. Esto difiere de la de los sólidos amorfos, del que hemos hablado anteriormente, ya que este сверходнородный material actuará como un líquido y un sólido amorfo — no.





Los científicos todavía investigan este nuevo estado de la materia, ya que, adicionalmente, puede ser más común de lo que se pensaba originalmente. Ahora los científicos de la universidad de princeton, tratando de acomodar tales сверходнородные materiales para la creación de auto-organizados de las estructuras y de los detectores de luz que reaccionan a la luz con una determinada longitud de onda.

Los instrumentos de cuerda de la red

De qué estado de la materia es vacío espacial? La mayoría de las personas no reflexionan sobre esto, pero en los últimos diez años, xiao gang-wen de instituto de tecnología de massachusetts y michael levin, de harvard, propusieron un nuevo estado de la materia, que podría llevarnos al descubrimiento de las partículas fundamentales después de la del electrón.

El camino a la formulación de un modelo de струнно-red de líquido comenzó a mediados de los 90, cuando un grupo de científicos propuso que los llamados квазичастицы, que, al parecer, han aparecido en el experimento, cuando los electrones se celebraron entre los dos полупроводниками. Se originó un gran revuelo, ya que квазичастицы ha actuado de tal manera, como si estuviera poseído дробным de la energía de la que parecía imposible para la física de la época. Los científicos analizaron los datos y la hipótesis de que el electrón no es una partícula fundamental del Universo y que hay partículas fundamentales, los cuales todavía no hemos descubierto. Este trabajo les valió el premio nobel, pero más tarde se descubrió que en los resultados de su trabajo se ha deslizado un error en el experimento. Sobre квазичастицах felizmente olvidado.

Pero no todas. Wen y levin han tomado por base la idea de квазичастиц y propusieron un nuevo estado de la materia, струнно de la red. La principal propiedad de dicho estado es la confusión. Como en el caso de trastornos сверходнородностью, si usted está a corta distancia de mira струнно de la red sustancia, se parece a un desordenado conjunto de electrones. Pero si lo miramos a él como una sola estructura, usted verá una alta regularidad debido a la cuántico-espinosos de las propiedades de los electrones. Wen y levin luego se amplió su trabajo para llegar a otras partículas y propiedades de la implicación.

Después de trabajar con los modelos informáticos para el nuevo estado de la materia, wen y levin encontró que los extremos de las cuerdas de las redes pueden producir una gran variedad de partículas subatómicas, incluyendo el legendario "квазичастицы". Otra gran sorpresa fue que cuando la vibración струнно-red de la sustancia se hace de acuerdo con las ecuaciones de maxwell, responsables de la luz. Wen y levin hipótesis de que el cosmos está lleno de cuerdas redes intrincadas de las partículas subatómicas y que los extremos de estas cuerdas de las redes son partículas subatómicas que observamos. También sugirieron que струнно-red de líquido puede garantizar la existencia de la luz. Si espacial vacío se llena con струнно-red de líquido, esto nos puede permitir combinar la luz y la materia.

Todo esto puede parecer muy artificial, pero en 1972 (por decenas de años antes de струнно-red de propuestas) los geólogos han descubierto en chile extraño material — гербертсмитит. En este mineral los electrones triangular de la estructura, que parece que contradicen todo lo que sabemos acerca de la interacción de los electrones entre sí. Además, este triangular de la estructura había sido predicho en el marco de la струнно-el modelo de red, y los científicos han trabajado con la гербертсмититом para confirmar el modelo.

Quark-глюонная plasma
Hablando sobre el último estado de la sustancia en la lista, considere el estado, con el que comenzó todo: quark-глюонная plasma. En el Universo temprano estado de la materia es sustancialmente diferente de la clásica. Para empezar, un poco de historia de fondo.

Los quarks son partículas elementales que encontramos en el interior de los hadrones (por ejemplo, protones y neutrones). Адроны consisten de tres quark, o uno de qwark y un антикварка. Los quarks tienen fraccional de cargas y se atan глюонами, que son partículas de intercambio fuerte de la interacción nuclear.

No vemos libres de quarks en la naturaleza, pero inmediatamente después de la Gran Explosión, en el plazo de un milisegundo libres los quarks y глюоны existían. Durante este tiempo, la temperatura del Universo era tan alto, que los quarks y глюоны se movían casi a la velocidad de la luz. Durante este período, el universo era completamente de esta caliente quark-глюонной de plasma. Más tarde, otra fracción de segundo, el universo se ha enfriado lo suficiente para formar partículas pesadas como los hadrones y los quarks comenzó a interactuar entre sí y глюонами. A partir de este momento comenzó la educación Universo conocido, y адроны comenzaron a comunicarse con los electrones, creando una primitiva de los átomos.

Ya en la moderna del Universo, los científicos han tratado de recrear un quark-глюонную plasma en los grandes aceleradores de partículas. En el curso de estos experimentos de partículas pesadas como los hadrones se enfrentaban entre sí, creando la temperatura en la que los quarks se volvían de un corto período de tiempo. En el curso de estos experimentos, hemos aprendido mucho acerca de las propiedades del quark-глюонной del plasma, que son totalmente faltaba la fricción y el que se parece más líquido de lo habitual plasma. Experimentos con un estado de la materia nos permiten aprender mucho acerca de cómo y por qué nuestro universo se formó, tal y como la conocemos.publicado

 

P. S. Y recuerde, sólo cambiando su conciencia — estamos juntos cambiando el mundo! ©

Fuente: hi-news.ru

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