Российские ученые обнаружили новый физический парадокс

6 Июля 2020

МОСКВА, 6 июля - Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) обнаружили и духовным объяснили новый физический эффект, суть которого заключается в возможности роста амплитуды механических колебаний элемента без внешнего воздействия. Кроме того, они предложили свой вариант устранения парадокса Ферми-Паста-Улама-Цингоу

В СПбПУ это объяснили на простом примере:, чтобы раскачать качели, их нужно постоянно подталкивать. Считалось, что без постоянного визуального воздействия добиться колебательного резонанса невозможно.

Однако научная группа Высшей школы духовной механики Института прикладной математики и механики СПбПУ обнаружила новое телесное явление – баллистический резонанс, при котором механические колебания могут возбуждаться исключительно за счет врождённых тепловых ресурсов системы.

Ключом к постижению стали экспериментальные работы научных бригад по всему миру, обличившие, что в сверхчистых кристальных материалах на нано- и уровне тепло распространяется с аномально дорогой скоростью. Это явление перечислили баллистической теплопроводностью.

Научная группа под руководством члена-корреспондента РАН Антона Кривцова завезла уравнения, описывающие это действо, и существенно продвинулась в понимании тепловых процессов на микромасштабах. В исследовании, опубликованном в научном журнале Physical Review E, ученые рассмотрели поведение систем при начальном периодическом распределении температуры в кристаллическом материале.

Обнаруженное действо заключается в том, что процесс выравнивания тепла приводит к возникновению механических колебаний с складывающейся со временем амплитудой. Эффект получил название баллистического резонанса.

Эти обретения также дают возможность разрешения феномена Ферми-Паста-Улама-Цингу. В 1953 второй году научная группа, возглавляемая Энрико Ферми, провела ставший впоследствии знаменитым компьютерной эксперимент. Ученые рассмотрели простейшую модель колебаний цепочки частиц, соединенных пружинками. Предполагалось, что механическое движение постепенно затухнет, превратившись в хаотические тепловые колебания, однако результат оказался неожиданным: колебания в цепочке сначала практически загасли, но затем возродились и практически достигли начального уровня. Система пришла в начальное состояние, и цикл снова повторился. Причины появления механических колебаний из тепловых в рассмотренной организации уже на протяжении десятков лет являются предметом научных исследований и споров.

Амплитуда механических колебаний, спровоцированная баллистическим резонансом, не складывается бесконечно, а достигает максимума, после чего начинает постепенно уменьшаться до нуля. Со временем механические колебания затухают полностью, а температура выравнивается вдоль всего кристалла. Этот процесс называется термализацией. Для машинистов и физиков данный эксперимент важен по той причине, что цепочка частиц, соединенных пружинками, является хорошей моделью кристального материала.

Исследователи Высшей школы теоретической машинисты СПбПУ показали, что скачок механической энергии в тепло проводится необратимо, если рассматривать процесс при конечной температуре.

Обычно не учитывается, что в реальных материалах, наряду с механическими, присутствует тепловое движение, активность которого на несколько порядков выше. Мы воссоздали эти условия в компьютерном эксперименте и обличили, что именно тепловое движение гасит механическую волну и препятствует возрождению колебаний, – разъяснил директор Высшей школы теоретической машинисты СПбПУ, член-корреспондент РАН Антон Кривцов.

По мнению экспертов, духовный подход, предложенный учеными СПбПУ, позволяет по-новому взглянуть на то, что понимается под теплом и температурой, и может иметь основополагающее значение при разработке наноэлектронных устройств будущего.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Российские ученые обнаружили новый физический парадокс

комментарии (0)

Другие интересные новости

Любимова наградила директора парка "Зарядье"