Студент случайно создал жидкость, которая нарушает законы термодинамики

Открытие жидкости с уникальной формой

Исследователи обнаружили «жидкость, восстанавливающую форму», которая, по-видимому, бросает вызов законам термодинамики. Жидкость, состоящая из масла, воды и намагниченных частиц, постоянно принимает форму, напоминающую греческую урну.

Это открытие было сделано, когда Энтони Рейх, аспирант факультета науки о полимерах и инженерии Массачусетского университета в Амхерсте, изучал смесь масла, воды и частиц никеля во флаконе. Он встряхнул флакон, чтобы создать эмульсию — смесь жидкостей, которые не смешиваются. Но вместо того, чтобы расслоиться на прозрачную верхнюю и нижнюю части, смесь приняла форму греческой амфоры. Даже после многократного встряхивания флакона смесь продолжала сохранять эту форму.

Необычное поведение смеси удивляет учёных

«Это действительно странно», — сказал Live Science соавтор исследования Томас Рассел, профессор полимероведения и инженерии в Массачусетском университете в Амхерсте. Это странно, объяснил он, потому что обычно, когда смесь несмешивающихся жидкостей возвращается в равновесное состояние перед образованием эмульсии, они стремятся минимизировать площадь поверхности раздела, то есть границу между двумя жидкостями. Эта тенденция к минимизации площади поверхности раздела регулируется законами термодинамики, которые описывают взаимосвязь температуры, теплоты, работы и энергии в физических системах.

В обычных эмульсиях, состоящих из масла и воды, жидкости образуют сферические капли с минимальной площадью поверхности. Для сравнения: площадь поверхности греческой урны больше. Эта большая площадь поверхности, которая, казалось бы, противоречит законам природы, озадачила исследователей.

Магнитные частицы и нарушение законов термодинамики

Изучив это странное поведение, они обнаружили, что взаимодействие между частицами никеля «как бы взяло верх» и привело к нарушению законов термодинамики, как сказал Рассел. Частицы образовали магнитные диполи — явление, при котором их магнитные полюса притягиваются друг к другу, создавая поле «цепочек» на поверхности жидкости. Это взаимодействие препятствует разделению эмульсии.

Хотя Рассел сказал, что исследователи уже изучали сегрегацию частиц в водно-масляных смесях, как это делал Райх, никто другой не проводил подобный эксперимент. Таким образом, никто из исследователей не наблюдал и не сообщал о более высокой межфазной энергии, характерной для греческой урны.

Хотя на первый взгляд может показаться, что эта смесь противоречит законам термодинамики, Рассел пояснил, что это просто странный случай. Учёные поняли, что свою роль сыграла магнитная интерференция частиц, так как её влияние создало более высокую межфазную энергию, что привело к увеличению площади поверхности. В целом законы термодинамики применимы к системам в целом, а не к взаимодействию между отдельными частицами, сказал Рассел.

Шестая проблема Гильберта решена: математики объединили три физические теории спустя 125 лет