Trong khi tiến hành một thí nghiệm có vẻ vô hại, một sinh viên người Mỹ gần đây đã có một khám phá có thể làm thay đổi hoàn toàn các định luật nhiệt động lực học... và điều đó hoàn toàn tình cờ! Chúng tôi kể cho bạn câu chuyện điên rồ này.
Tóm tắt
Và ở đó, phép thuật – hay đúng hơn là các định luật nhiệt động lực học – diễn ra… Nhưng kết quả lại hoàn toàn trái ngược với những gì bạn mong đợi! Trong khi hai chất lỏng lẽ ra phải nhũ hóa, thì thí nghiệm của bạn lại tạo thành một loại bình hoa Hy Lạp hoàn hảo. Dù bạn có lắc nó bao nhiêu lần thì chiếc bình vẫn quay trở lại. Mỗi lần. Ngoại trừ rằng, "nói chung, chất lỏng không làm như vậy."
Câu chuyện có thật này, là câu chuyện của Anthony Raykh và nó có thể đặt ra câu hỏi về một số nguyên lý cơ bản của vật lý.
Nói chung, khi trộn hai chất lỏng không hòa tan, chẳng hạn như nước và dầu, các hạt được sử dụng để giảm sức căng tại giao diện giữa hai chất lỏng và do đó ổn định nhũ tương, tức là sự trộn lẫn tạm thời của chúng. Đây là nguyên lý cơ bản của nhiệt động lực học, được tìm thấy một cách dễ dàng trong một loại giấm làm từ nước, dầu và gia vị.
Nhưng trong thí nghiệm của Raykh, điều ngược lại đã xảy ra: "Nó không tách hoàn toàn: chúng tôi thu được hình dạng chiếc bình đẹp mắt này." Kết quả này là do các hạt niken bị từ hóa: phản ứng của chúng với từ trường mạnh đến mức thay vì giảm sức căng giao diện, họ tăng nó lên. Nói cách khác, thay vì thúc đẩy nhũ tương, các hạt sắt từ đã ngăn cản quá trình này.
Điều đáng kinh ngạc nhất là tính ổn định khác thường của giao diện: sau khi lắc mạnh, chiếc bình luôn xuất hiện trở lại! Điều này được giải thích bằng các tương tác từ tính của các hạt trên bề mặt: chúng sắp xếp và thu hút nhau theo một cách rất đặc biệt "và bằng cách tự sắp xếp theo cách này, chúng thay đổi các đặc tính của giao diện này: hình dạng, độ ổn định và các đặc điểm khác quan trọng đối với hành vi của chất lỏng", Hoagland giải thích.
Để xác minh thí nghiệm này, UMass Amherst đã tiến hành mô phỏng và lập mô hình hợp tác với các trường đại học Tufts và Syracuse... điều này đã xác nhận: giao diện chất lỏng có thể được lập mô hình và ổn định dưới dạng bình đựng rượu bằng lực từ.
"Chất lỏng nhớ hình dạng này, mượn tiêu đề của nghiên cứu được công bố vào ngày 4 tháng 4 trên tạp chí Nature Physics, đáng chú ý là của Raykh và các giáo sư Russell và Hoagland, tiết lộ một hành vi mới của vật chất, có thể có những tác động đáng kinh ngạc trong tương lai…
Đọc thêm: Quả cầu thủy tinh nhỏ này được tìm thấy trên Mặt trăng tiết lộ một bí mật đã chôn vùi hàng tỷ năm
Mặc dù còn trong giai đoạn trứng nước, nhưng khám phá của Anthony Raykh có thể có những hàm ý trong tương lai hoàn toàn điên rồtrong thế giới công nghiệp và công nghệ. Trong số các ứng dụng tiềm năng của khám phá tình cờ này, người ta có thể hình dung:
Tóm tắt
- Một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đơn giản với kết quả đáng ngạc nhiên
- Một chất lỏng từ tính bí ẩn thách thức các định luật vật lý
- Những hàm ý với tiềm năng điên rồ
- Bình luận
- Phóng xạ năm 1896, khi Henri Beckerel phát hiện ra rằng một tấm phim ảnh đã trở nên đục, thậm chí không được tiếp xúc với ánh sáng, vì muối urani mà ông đã lưu trữ ở đó;
- Hay thậm chí là kháng sinh và penicillin năm 1928, khi Alexander Fleming phát hiện ra rằng một loại nấm ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn trong một đĩa Petri mà ông đã quên mất.
Một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đơn giản với kết quả đáng ngạc nhiên
Hãy tưởng tượng bạn là một sinh viên đang học khoa học polyme, kỹ thuật và vật lý tại UMass Amherst (Đại học Massachusetts Amherst). Bạn đang tiến hành các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, điều khiển hệ thống chất lỏng, khám phá những hướng đi mới để phát triển chất lỏng có tính chất cải tiến. Chính xác hơn, bạn trộn nước và dầu, sau đó thêm các hạt niken từ hóa.Và ở đó, phép thuật – hay đúng hơn là các định luật nhiệt động lực học – diễn ra… Nhưng kết quả lại hoàn toàn trái ngược với những gì bạn mong đợi! Trong khi hai chất lỏng lẽ ra phải nhũ hóa, thì thí nghiệm của bạn lại tạo thành một loại bình hoa Hy Lạp hoàn hảo. Dù bạn có lắc nó bao nhiêu lần thì chiếc bình vẫn quay trở lại. Mỗi lần. Ngoại trừ rằng, "nói chung, chất lỏng không làm như vậy."
Câu chuyện có thật này, là câu chuyện của Anthony Raykh và nó có thể đặt ra câu hỏi về một số nguyên lý cơ bản của vật lý.
Một chất lỏng từ tính bí ẩn thách thức các định luật vật lý
Đối mặt với phản ứng này, Anthony Raykh, bối rối, tự hỏi: "Chuyện gì đang xảy ra vậy?[…] Trong lớp học, trong sách giáo khoa, tôi đã học rằng loại điều này… Đơn giản là không thể." Sau đó, anh ấy đi đặt câu hỏi cho các giáo sư của mình. Và David Hoagland và Thomas Russell nắm bắt được tiềm năng của hiện tượng bất thường này. Để hiểu đầy đủ về tính độc đáo của khám phá này, chúng ta hãy cùng xem xét sự nhũ hóa.Nói chung, khi trộn hai chất lỏng không hòa tan, chẳng hạn như nước và dầu, các hạt được sử dụng để giảm sức căng tại giao diện giữa hai chất lỏng và do đó ổn định nhũ tương, tức là sự trộn lẫn tạm thời của chúng. Đây là nguyên lý cơ bản của nhiệt động lực học, được tìm thấy một cách dễ dàng trong một loại giấm làm từ nước, dầu và gia vị.
Nhưng trong thí nghiệm của Raykh, điều ngược lại đã xảy ra: "Nó không tách hoàn toàn: chúng tôi thu được hình dạng chiếc bình đẹp mắt này." Kết quả này là do các hạt niken bị từ hóa: phản ứng của chúng với từ trường mạnh đến mức thay vì giảm sức căng giao diện, họ tăng nó lên. Nói cách khác, thay vì thúc đẩy nhũ tương, các hạt sắt từ đã ngăn cản quá trình này.
Điều đáng kinh ngạc nhất là tính ổn định khác thường của giao diện: sau khi lắc mạnh, chiếc bình luôn xuất hiện trở lại! Điều này được giải thích bằng các tương tác từ tính của các hạt trên bề mặt: chúng sắp xếp và thu hút nhau theo một cách rất đặc biệt "và bằng cách tự sắp xếp theo cách này, chúng thay đổi các đặc tính của giao diện này: hình dạng, độ ổn định và các đặc điểm khác quan trọng đối với hành vi của chất lỏng", Hoagland giải thích.
Để xác minh thí nghiệm này, UMass Amherst đã tiến hành mô phỏng và lập mô hình hợp tác với các trường đại học Tufts và Syracuse... điều này đã xác nhận: giao diện chất lỏng có thể được lập mô hình và ổn định dưới dạng bình đựng rượu bằng lực từ.
"Chất lỏng nhớ hình dạng này, mượn tiêu đề của nghiên cứu được công bố vào ngày 4 tháng 4 trên tạp chí Nature Physics, đáng chú ý là của Raykh và các giáo sư Russell và Hoagland, tiết lộ một hành vi mới của vật chất, có thể có những tác động đáng kinh ngạc trong tương lai…
Đọc thêm: Quả cầu thủy tinh nhỏ này được tìm thấy trên Mặt trăng tiết lộ một bí mật đã chôn vùi hàng tỷ năm
Des suggestions au potentiel dingue
Hành vi này của một hệ chất lỏng chưa từng được biết đến trước đâymở ra những nghiên cứu hấp dẫn về cấu trúc các tính chất của vật chất bởi các lực bên ngoài, chẳng hạn như từ tính. Dự án nghiên cứu này về thao tác từ tính và tạo ra các vật liệu có khả năng tự tổ chức đang ngày càng thu hút sự quan tâm, bằng chứng là sự hỗ trợ của Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ và Bộ Năng lượng.
Mặc dù còn trong giai đoạn trứng nước, nhưng khám phá của Anthony Raykh có thể có những hàm ý trong tương lai hoàn toàn điên rồtrong thế giới công nghiệp và công nghệ. Trong số các ứng dụng tiềm năng của khám phá tình cờ này, người ta có thể hình dung:
- Một hệ thống hậu Teflon và PFASkhông độc hại: với các giao diện động được sắp xếp theo các hạt từ tính, chúng ta có thể hình dung ra lớp phủ tự làm sạch và chống dính không độc hại, bền hơn và không chứa "chất gây ô nhiễm vĩnh cửu".
- Những cách mới để phân tách đất hiếm (cần thiết cho nam châm, pin, v.v.): bằng cách kiểm soát giao diện chất lỏng ở mức rất mịn bằng các hạt từ tính, chúng ta có thể cải thiện quy trình chiết xuất và phân tách đất hiếm, hiện đang gây ô nhiễm rất lớn và tốn kém.
- Những cách sáng tạo để phân tách đồng vị trong lĩnh vực năng lượng hoặc y học: hệ thống mới này có thể cung cấp một giải pháp thay thế cho các phương pháp tiêu tốn nhiều năng lượng như ly tâm hoặc khuếch tán khí.
- Trong các lĩnh vực mà bọt và nhũ tương có mặt ở khắp mọi nơi (thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm, công nghiệp hóa chất và lò phản ứng sinh học, v.v.): khám phá này sẽ giúp xây dựng công thức các sản phẩm ổn định hơn, hiệu quả hơn, sinh thái hơn hoặc giải phóng có kiểm soát hơn, không có chất bảo quản hóa học, chất ổn định hoặc chất hoạt động bề mặt.
