Naukowcy odkryli ciecz, która łamie zasady fizyki. Niezwykła mieszanina zawsze przybiera kształt greckiego dzbana

Badacze z Uniwersytetu Massachusetts Amherst dokonali zaskakującego odkrycia: stworzyli "ciecz odzyskującą kształt", która na pierwszy rzut oka wydaje się łamać prawa termodynamiki. Ta niezwykła mieszanina składająca się z oleju, wody i namagnesowanych cząstek konsekwentnie przybiera kształt przypominający grecką amforę, niezależnie od liczby wytrząsań.

Odkrycie to miało swój początek, gdy Anthony Raykh, doktorant zajmujący się nauką o polimerach i inżynierią na Uniwersytecie Massachusetts Amherst, badał mieszaninę oleju, wody i cząstek niklu w fiolce. Wytrząsając fiolkę, stworzył emulsję - czyli mieszaninę płynów, które normalnie się nie mieszają. Zamiast jednak rozdzielić się na wyraźną warstwę górną i dolną, mieszanina uformowała się w kształt greckiego dzbana. Co więcej, nawet po wielokrotnym wstrząsaniu fiolką, zawsze powracała do tej samej formy.

Thomas Russell, profesor nauki o polimerach i inżynierii na Uniwersytecie Massachusetts Amherst oraz współautor badania, wyjaśnia, że jest to bardzo nietypowe zachowanie. Zazwyczaj, gdy mieszanina cieczy, które nie łączą się ze sobą, powraca do stanu równowagi, dąży do zminimalizowania obszaru międzyfazowego - czyli granicy między dwiema cieczami. Ta tendencja do minimalizacji obszaru międzyfazowego jest regulowana przez prawa termodynamiki, które opisują zależności między temperaturą, ciepłem, pracą i energią w systemach fizycznych.

W typowych emulsjach oleju i wody ciecze tworzą sferyczne kropelki, które mają minimalną powierzchnię. W porównaniu do nich, kształt greckiego dzbana ma większą powierzchnię. Ta większa powierzchnia, która wydaje się przeczyć prawom natury, wprawiła badaczy w zdumienie.

Po dokładnym zbadaniu tego dziwnego zachowania odkryli, że oddziaływania między cząstkami niklu "przejęły kontrolę", tworząc zjawisko, które na pierwszy rzut oka wygląda jak naruszenie praw termodynamiki. Cząstki tworzyły dipole magnetyczne - zjawisko, w którym ich bieguny magnetyczne przyciągają się nawzajem, tworząc pole "łańcuchów" na powierzchni cieczy. Ta interakcja zakłóca sposób, w jaki emulsja się rozdziela.

Russell zaznacza, że choć wcześniej badacze analizowali segregację cząstek w mieszaninach oleju i wody - tak jak robił to Raykh - nikt inny nie przeprowadził dokładnie tego samego eksperymentu. W rezultacie, żaden inny zespół naukowy nie zaobserwował ani nie zgłosił wyższej energii międzyfazowej widocznej w kształcie greckiego dzbana.

Choć na pierwszy rzut oka ta mieszanina wydaje się łamać prawa termodynamiki, Russell wyjaśnia, że w rzeczywistości jest to po prostu nietypowy przypadek ich działania. Naukowcy zdali sobie sprawę, że magnetyczne zakłócenia cząstek odgrywają istotną rolę - ich wpływ tworzy wyższą energię międzyfazową, co skutkuje kształtem o większej powierzchni. Co ważne, prawa termodynamiki odnoszą się do systemów jako całości, a nie do interakcji między poszczególnymi cząstkami.

Badacze opublikowali swoje odkrycia 4 kwietnia w prestiżowym czasopiśmie naukowym Nature Physics. To fascynujące odkrycie może otworzyć nowe możliwości w dziedzinie inżynierii materiałowej i fizyki płynów, potencjalnie prowadząc do stworzenia nowych materiałów o unikalnych właściwościach.