گرما معمولاً به عنوان چیزی در نظر گرفته می شود که پخش و پخش می شود. اما در برخی حالت‌های عجیب و غریب ماده، می‌تواند مانند یک موج رفتار کند و مانند صدا به جلو و عقب بازگردد.
تجسم امواج گرما در یک ابر سیال
به گزارش دیجیاتو، پدیده ای که به «صدای دوم» معروف است تنها در چند ماده مشاهده شده است. اکنون، برای اولین بار، فیزیکدانان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) تصاویر مستقیمی از صدای متحرک دوم گرفته اند.
این تصاویر نشان می دهد که چگونه گرما می تواند مانند یک موج، مستقل از ماده فیزیکی حرکت کند. محققان از یک ابر سیال، حالتی از ماده که در آن اتم ها بدون اصطکاک در جریان هستند، به عنوان وسیله ای برای تجسم صدای دوم استفاده کردند. آنها کشف کردند که گرما و ماده می توانند در برابر یکدیگر “آرام شوند” و نوساناتی شبیه امواج صوتی ایجاد می کنند.
ریچارد فلچر، استادیار فیزیک در MIT و یکی از نویسندگان این مطالعه می گوید: «مثل اینکه یک مخزن آب دارید و نیمی از آن تقریباً در حال جوشیدن است. اگر نگاه کنید، ممکن است خود آب کاملاً آرام به نظر برسد، اما ناگهان طرف دیگر داغ شود. سپس طرف دیگر گرم می شود و گرما به عقب و جلو می رود، در حالی که آب ساکن به نظر می رسد.
این مطالعه که در Science منتشر شده است، می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا چگونگی حرکت گرما در ابرسیال‌ها و سایر مواد مرتبط مانند ابررساناها و ستاره‌های نوترونی را درک کنند. این مواد دارای خواص غیرمعمول و شگفت انگیزی مانند مقاومت صفر و رسانایی بی نهایت هستند که می تواند فناوری ها و کاربردهای جدید را فعال کند.
صدا می تواند به ما در درک ابر سیال ها کمک کند
محققان از ابری از اتم‌های لیتیوم ۶ استفاده کردند که فرمیون‌ها هستند، نوعی ذره که معمولاً یکدیگر را دفع می‌کنند. با سرد کردن اتم ها تا نزدیک به صفر مطلق و اعمال میدان مغناطیسی، آنها را وادار به جفت شدن و تشکیل یک ابر سیال کردند. سپس از یک پرتو لیزر برای ایجاد یک نقطه داغ در ابر سیال و از یک پرتو لیزر دیگر برای تصویربرداری از امواج گرمای حاصل استفاده کردند.
اولین صدایی که در یک انیمیشن ساده به تصویر کشیده می شود، صدای معمولی به شکل امواج چگالی است. در آن سیال معمولی و ابر سیال با هم نوسان می کنند.
آنها مشاهده کردند که امواج گرما به طور متناوب، مشابه امواج صوتی، حرکت می کنند و با امواج ماده خارج از فاز هستند. یعنی گرما و ماده در جهت مخالف در حال نوسان هستند. این نشانه صدای دوم است که از صدای معمولی متمایز است، جایی که گرما و ماده با هم حرکت می کنند.
صدای دوم اولین بار توسط لازلو تیسا در سال 1938 پیش بینی شد. او مخلوطی از دو سیال را در نظر گرفت که باید دو نوع موج صوتی تولید کند. امواج با چگالی معمولی و امواج دمایی عجیب.
صدای دوم حرکت گرما است که در آن سیال فوق سیال و معمولی در مقابل هم قرار می گیرند و چگالی را ثابت نگه می دارند.
از آنجایی که سیال در دماهای بحرانی و فوق سرد به یک ابر سیال تبدیل می شود، تیم MIT استدلال کرد که دو نوع سیال نیز باید گرما را متفاوت منتقل کنند: در سیالات معمولی، گرما معمولاً باید از دست برود، در حالی که در یک ابر سیال می تواند در یک موج حرکت کند. مانند شیوه ای شبیه به صدا
تصویربرداری حرارتی
Zirolin عضو تیم MIT گفت: «ما برای اثبات آن به تصویربرداری نیاز داشتیم. در مواد معمولی می توان از حسگرهای مادون قرمز برای تصویربرداری از منابع گرما استفاده کرد.
اما در دماهای بسیار سرد، گازها تشعشعات مادون قرمز ساطع نمی کنند. بنابراین تیم روشی را برای مشاهده چگونگی حرکت گرما در ابر سیال ابداع کرد.
آنها دریافتند که فرمیون های لیتیوم-6 بسته به دمای آنها در فرکانس های رادیویی مختلف طنین انداز می شوند. محققان فرکانس رادیویی رزونانس بالاتری را اعمال کردند که باعث می‌شود هر فرمیون معمولی و «گرم» در مایع در پاسخ به ارتعاش درآید.
به این ترتیب آنها توانستند «فیلم هایی» بسازند که حرکت خالص گرما را نشان می دهد. حرکت عقب و جلو، شبیه به امواج صوتی.
Zerolin می‌گوید اکنون، برای اولین بار، می‌توانیم از این ماده در حالی که آن را تا دمای بحرانی ابر سیال خنک می‌کنیم، عکاسی کنیم. همچنین بیایید مستقیما ببینیم که چگونه از یک سیال معمولی، که در آن گرما به طور خسته کننده ای متعادل می شود، به یک ابر سیال، که در آن گرما به عقب و جلو می رود، تغییر می کند.