VIDEO: Tekućina koja iskrivljuje zakone termodinamike

Tim istraživača predvođen studentom fizike na Sveučilištu Massachusetts Amherst nedavno je došao do iznenađujućeg otkrića onoga što nazivaju "tekućinom koja vraća oblik", što prkosi nekim dugogodišnjim očekivanjima koja proizlaze iz zakona termodinamike.

Istraživanje, objavljeno u časopisu Nature Physics, detaljno opisuje mješavinu ulja, vode i magnetiziranih čestica koje se, kada se protresu, uvijek brzo razdvoje u nešto što izgleda poput zaobljenog pješčanog sata.

"Zamislite svoj omiljeni preljev za salatu," kaže Thomas Russell, profesor polimerne znanosti i inženjerstva na UMass Amherst i jedan od starijih autora studije. "Sastoji se od ulja, vode i začina, a prije nego što ga izlijete na salatu, promućkate ga da se svi sastojci pomiješaju. Upravo ti 'začini', ti mali komadići nečeg drugog, omogućuju miješanje vode i ulja, koji se inače međusobno isključuju, što je proces koji se naziva emulgiranje i koji je opisan zakonima termodinamike.

Emulgiranje je temelj širokog spektra tehnologija i primjena daleko izvan začina, a jednog dana, student diplomskog studija UMass Amherst Anthony Raykh bio je u laboratoriju miješajući seriju ovog znanstvenog "preljeva za salatu" da vidi što može stvoriti, samo je umjesto začina, koristio magnetizirane čestice nikla, jer, kako kaže, "možete proizvesti razne zanimljive materijale s korisnim svojstvima kada tekućina sadrži magnetske čestice".

Napravio je svoju smjesu, protresao je i na potpuno iznenađenje, smjesa je oblikovala ovaj prekrasan oblik. Bez obzira na to koliko puta ili koliko je snažno tresao, oblik se uvijek vraćao, kao što možete vidjeti u ovom videu.

"Pomislio sam 'što je ovo?' Tako sam hodao gore-dolje hodnicima Odsjeka za znanost i inženjerstvo polimera, kucajući na vrata svojih profesora, pitajući ih znaju li što se događa," nastavlja Raykh. Nitko nije znao, no zapelo je za oko Thomasu Russellu i Davidu Hoaglandu, profesorima polimerne znanosti i inženjerstva na UMass Amherst, koji su odlučili provesti eksperimente te su se obratili se kolegama sa sveučilišta Tufts i Syracuse kako bi izradili simulacije. Zajedničkim snagama utvrđeno je da snažan magnetizam objašnjava neobjašnjivi fenomen koji je Raykh otkrio.

"Kada pažljivo pogledate pojedinačne nanočestice magnetiziranog nikla koje čine granicu između vode i ulja", kaže Hoagland, "možete dobiti izuzetno detaljne informacije o tome kako se različiti oblici okupljaju. U ovom slučaju, čestice su dovoljno magnetizirane da njihovo okupljanje ometa proces emulgiranja, koji opisuju zakoni termodinamike."

Tipično, čestice dodane mješavini ulja i vode smanjuju napetost na granici između dviju tekućina, omogućujući im da se miješaju. Ali čestice koje su dovoljno jako magnetizirane zapravo povećavaju međufaznu napetost, savijajući granicu između ulja i vode u gracioznu krivulju.

Iako još nema aplikacije za svoje novo otkriće, Raykh je uzbuđen što ovo nikad prije viđeno stanje može utjecati na polje fizike meke tvari.