Hızlı ısıtma ile altın tabakaları, bir katı erimeden önce sahip olabilir teorik maksimum sıcaklığı geçebilir – gerçek sınırların ne olduğu hakkında sorular sormak
Araştırmacı, bir altın örneğini aşırı ıslatmak için bir lazer kullandı ve sıcaklığını ultra parlak röntgenlerle ölçtü.
Lazerlerle kısaca çekilen gofret ince altın tabakaları, teorik sınırın çok ötesinde, katı kalırken erime noktalarının 14 katına kadar ısıtılabilir ve bazı katıların üst erime noktası olmayabilir.
Süper ısıtma, bir katının erime noktasının ötesinde ısınabileceği veya bir sıvının, durumu değiştirmeden kaynama noktasını geçebileceği yaygın bir fenomendir. Örneğin, bir mikrodalgada ısıtılan bir bardak su, fincan yeterince pürüzsüz ve hareketsiz olduğu sürece 100 ° C’nin (212 ° F) üzerindeki sıcaklıklara ulaşabilir. Ancak, bardak sarsılır yapılmaz su şiddetli bir şekilde kaynar.
Katılar için, birçok fizikçi, Kelvin’deki standart erime noktasının üç katı sıcaklıkta aşırı ısıtma için bir üst sınır önerdi. Bu noktaya, genellikle bir sistemdeki bozukluk miktarı olarak tanımlanan entropinin, katı durumun sıvı olandan daha büyük hale geleceği entropi felaket denir. Madde bu sıcaklığın üzerinde katı kalırsa, entropinin çoğu sistem için zamanla azalamayacağını söyleyen ikinci termodinamiğin yasasını ihlal eder.
Şimdi, Nevada Üniversitesi, Reno ve meslektaşları Thomas White, altının entropi katastrof noktasının çok üstünde, katı kalırken erime noktasının 14 katına kadar ısınabileceğini buldular.
White ve ekibi, saniyenin 45 katında 50 nanometrelik kalın bir altın tabakasında güçlü bir lazer ateşledi, daha sonra yansıtılan X-ışınlarını kullanarak sıcaklığını ölçmek için nispeten yeni bir yöntem kullandı. Yansıtılan X-ışınlarının sıklığının nasıl değiştiğini ölçerek ve altından sıçramaktan ne kadar ekstra enerji kazandıklarını hesaplayarak, takım tabakanın ne kadar ısındığını bulabilir.
“Bu sıcaklıkları ölçtük ve biz de vay be, bu gerçekten sıcak. Sanki, erimeden önce o kadar sıcak olabilir mi?” Beyaz diyor.
Ölçümlerinde bir hata yapmadıklarını doğruladıktan sonra, White ve ekibi teoriyi yeniden gözden geçirdi ve altının son derece hızlı ısıtılmasının, katı altının entropisinin potansiyel sıvı formundan daha küçük kalabileceğini ve tahmini sıcaklık sınırını aşmasına izin verebileceğini fark etti. White, “Termodinamiğin ikinci yasasını kırmadığımızı söylemek önemli” diyor.
Süper ısıtmanın gerçek sınırı açık bir soru olmaya devam ediyor. “Belki de 1980’lerde bu süper ısıtma sınırıyla çözdüğümüzü düşündük, ama şimdi tekrar açık bir soru olduğunu düşünüyorum. Bir şey erimeden önce ne kadar sıcak yapabilirsin?”
Oxford Üniversitesi Sam Vinko, bu X-ışını tekniğini kullanarak katıların ısınmasının nasıl ısındığını ölçmek, gezegen çekirdeklerinden aşırı ısı ve basıncın son derece kısa zaman aralıklarında materyalleri nasıl etkilediğini simüle etmek için yararlı olabilir. “Gerçekten kısa zaman çizelgelerine bakabileceğiniz katılar için gerçekten iyi bir termometremiz yok” diyor.
Vinko, bunun altın dışında diğer katılar için geçerli olup olmadığını ve eritmeden önce ısıtmanın herhangi bir üst sınırı olup olmadığını görmek de ilginç olurdu. “Burada ilgi çekici olan şey, termodinamiğin neredeyse tüm termodinamiği yenmenin mümkün olup olmadığını sormak, sadece termodinamiğin düşünebileceğiniz anlamda gerçekten geçerli olmayacağını sormaktır.”
