Физики нарушили законы термодинамики: такого состояния вещества еще никогда не видели

Учёные наблюдали феномен, который буквально «игнорирует» классические законы термодинамики — и всё это в процессе, казалось бы, обыденного эмульгирования двух несмешивающихся жидкостей.

Исследование, опубликованное в Nature Physics, раскрывает, как намагниченные частицы никеля изменяют поведение системы до такой степени, что та начинает вести себя совершенно непредсказуемо — вопреки привычным научным моделям.

Когда исследователи добавили наночастицы никеля в систему из двух несмешивающихся жидкостей, например, масла и воды, они ожидали, что при встряхивании эти жидкости временно образуют эмульсию — однородную смесь, которая вскоре должна снова расслоиться. Однако вместо этого смесь стабилизировалась в причудливую форму, которую учёные описали как форму греческой вазы.

Законы термодинамики предсказывают, что подобные системы стремятся к состоянию с наименьшей свободной энергией, при котором жидкости снова отделяются. Но под влиянием сильного магнитного взаимодействия между наночастицами на границе жидкостей система не возвращалась к термодинамическому равновесию. Независимо от того, как сильно или долго её встряхивали, она снова и снова принимала ту же самую форму.

Подробное моделирование показало, что магнитные силы могут искривлять границу между жидкостями и буквально мешать им смешиваться, даже несмотря на механическое воздействие. Намагниченные частицы никеля действуют как своего рода «шаблон», стабилизирующий необычную конфигурацию, вопреки энтропийным законам.

Пока что у этого открытия нет практического применения, однако само по себе оно уникально: подобное поведение в системах мягкого вещества раньше не наблюдалось. Ученые считают, что это может открыть новые направления в фундаментальной физике и понимании самих законов, по которым ведут себя материалы в нестандартных условиях.

Источник: Popular Mechanics