Один ученый заявил, что температура, при которой материал плавится под действием давления, подчиняется одному параболическому уравнению, что обеспечивает удивительно простое решение давней проблемы. Статья находится в открытом доступе в Physical Review E.
Если нужно превратить твердое вещество в жидкость, обычный подход — добавить тепла. Однако температура, при которой происходит плавление, зависит не только от используемого вещества, но и от приложенного давления. Следовательно, физики и химики используют фазовые диаграммы температура-давление, где ось X измеряет температуру, а ось Y — давление, чтобы показать условия, при которых что-то будет твердым, жидким или газообразным. Линия плавления отмечает границу между первыми двумя. Знание того, где проходит эта линия, может иметь важное значение для выбора передовых инженерных материалов и найти применение в таких областях, как разработка лекарств.
Эти диаграммы обычно создаются методом дорогостоящих проб и ошибок – если бы существовала универсальная формула для прогнозирования этой линии, это сэкономило бы много денег и душевных страданий. Именно это утверждает профессор Костя Траченко из Университета Королевы Марии, хотя не все в этом полностью убеждены.
Траченко недавно опубликовал книгу под названием «Теория жидкостей» и использовал достижения, достигнутые им и другими в этой теме, для вывода о том, что линии плавления могут быть описаны простым параболическим уравнением. Вместо того, чтобы проводить эксперименты с использованием все более высоких температур и давлений, со всеми вытекающими из этого трудностями, линию можно спроецировать, используя измерения в более благоприятных условиях, утверждает Траченко.
Помимо практической ценности, такое открытие также предполагает фундаментальную общность, казалось бы, несвязанных между собой материалов.
«Простота и универсальность этого результата особенно интересны», — сказал профессор Траченко, хотя простота здесь является относительным описанием. «Это предполагает, что плавление, несмотря на его сложность, демонстрирует фундаментальное единство различных систем, от благородных газов до металлов».
Траченко вывел уравнение, сосредоточив внимание на энергии вещества в точке, где оно плавится или затвердевает, а не на энтропии, как это делалось в большинстве предыдущих исследований. Он приходит к выводу, что линия плавления определяется постоянной Планка, массой и зарядом электрона, а также оболочками, в которых существуют внешние электроны вещества.
В каком-то смысле существование такой формулы не должно вызывать удивления. Уравнение точки превращения жидкости в газ уже известно и основано на теоретической термодинамике. То же самое верно и для сублимации – когда твердые тела сразу превращаются в газ без жидкой стадии, как это происходит с кометами, приближающимися к Солнцу. С другой стороны, учитывая изученность темы, найти что-то упущенное до сих пор является несколько неожиданным, тем более что определение границы между твердым телом и жидкостью не всегда однозначно.
Более того, доктор Сергей Харпак из Немецкого аэрокосмического центра рассказал, что Траченко в нескольких моментах своих выводов использовал приближения, основанные на «физической интуиции». По словам Харпака, без строгих доказательств этих оценок только обширное тестирование в условиях, которые раньше не использовались, будет достаточным, чтобы установить, прав ли Траченко.
Если ледяные королевы и помощники супергероев могут заморозить все, к чему они прикасаются, вероятно, существует рынок фэнтезийных злодеев, которые могут сделать обратное, но для этого вам нужно знать, где проходит грань.
