Παρασκευή, 12 Απριλίου 2013

Επαναπροσδιορίζεται η διαφορά μεταξύ ρευστών και στερεών

Μαθηματικοί του Πανεπιστημίου του Τέξας δημιούργησαν ένα δισδιάστατο μοντέλο υλικών φτιαγμένο από δίσκους που αναπαριστούν άτομα. Σε πρόσφατη δημοσίευσή τους στην Αμερικάνικη Μαθηματική Εταιρεία, υποστηρίζουν πως το μοντέλό τους υποδεικνύει ότι η διαφορά μεταξύ ενός στερεού και ενός ρευστού οφείλει να είναι περισσότερο θέμα μέτρησης της αντίδρασης του υλικού στη διάτμηση, παρά του πώς είναι διατεταγμένα τα άτομα.

Για το μέσο άνθρωπο η διαφορά μεταξύ στερεής και ρευστής κατάστασης είναι εύκολα διακριτή. Τα υγρά κινούνται, ρέουν, και παίρνουν το σχήμα του δοχείου που τα περιέχει, ενώ τα στερεά είναι σκληρά και άκαμπτα. Ωστόσο για τους φυσικούς τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά, ιδιαίτερα μετά το 1984 όταν ο Ντάνιελ Σέχτμαν ανακάλυψε τους ημικρυστάλλους (quasicrystalls).

Οι ημικρύσταλλοι έχουν εμφάνιση στερεού αλλά κοντινή εξέτασή τους αποκαλύπτει ένα μη-επαναλαμβανόμενο μοτίβο στην ταξινόμηση των ατόμων τους. Συνεπώς δεν είναι ούτε στερεά ούτε υγρά, αν λάβουμε υπ’όψιν μας τον παραδοσιακό ορισμό, γεγονός που αμφισβητεί τον ορισμό καθεαυτό. Για αυτό το λόγο, και παρά το γεγονός ότι ο Σέχτμαν αρχικά χλευάστηκε από συναδέλφους του, υπάρχει μία προσπάθεια ορισμού ενός πιο ξεκάθαρου διαχωρισμού μεταξύ στερεών και υγρών.

Οι επικεφαλής της νέας μελέτης, Τσαρλς Ρέιντιν και Ντέηβιντ Αρίστοφ, ισχυρίζονται πως ο πιο κατάλληλος ορισμός πρέπει να βασίζεται στη μέτρηση διάτμησης κάθε υλικού. Η διάτμηση συμβαίνει όταν ένα σώμα παραμορφώνεται (ή «κόβεται») και εκφράζεται μαθηματικά ως η πλάγια μετατόπιση μεταξύ δύο σημείων σε παράλληλα επίπεδα διά την απόσταση αυτών των επιπέδων.
Σχηματική αναπαράσταση των παραμέτρων του μοντέλου του ΡέιντινΚατά την κατασκευή του μοντέλου τους, οι Ρέιντιν και Αρίστοφ διαπίστωσαν ότι σε χαμηλές πυκνότητες τα υλικά δεν ανταποκρίνονται στη διάτμηση, αλλά όσο τα άτομα ταξινομούνται πιο πυκνά μεταξύ τους, εμφανίζουν απόκριση στη διάτμηση, αλλά και εξαπλώνονται.
Μία άλλη ομάδα στη Γαλλία προτείνει το διαχωρισμό με βάση μία άλλη ιδιότητα της ύλης, το ιξώδες, δηλαδή την αντίσταση που παρουσιάζουν τα υγρά (αλλά και τα αέρια) κατά τη ροή τους. Σημειώνουν πως ακόμα και το γυαλί εμφανίζει (ιδιαίτερα αργή) ροή, αλλά και τα διαμάντια, αν μετρηθούν σε σχέση με την ηλικία του σύμπαντος. Σε κάθε περίπτωση οι ξεκάθαροι ορισμοί έχουν σημασία ώστε οι περιγραφές των υλικών να μη χάσουν τη σημασία τους.
Αξίζει να σημειωθεί ότι ο Σέχτμαν τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ Χημείας το 2011 για το έργο του πάνω στους ημικρυστάλλους.

Many materials at a broad range of scales have a glass phase, including (clockwise from top left): alloys, colloids, fertilizer grains and beer foam. Images: Courtesy of Giulio Biroli; alloy image from Sugimoto et al., 2007


Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Άλλα θέματα

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...