你用過微波爐熱“超純水”結(jié)果炸得滿爐子都是嗎?那場面,簡直是廚房版的“熵災(zāi)變”!但科學(xué)家最近玩得更野——他們用比太陽表面還猛烈的激光,把一塊金子烤到了33740華氏度(約19000攝氏度)!更絕的是,金子居然沒化成湯,反而硬邦邦的!這一下子,直接把物理學(xué)界用了40年的“金科玉律”給掀翻了!
測個溫度,咋就這么難?
想搞清楚太陽內(nèi)部、地心深處,甚至未來核聚變反應(yīng)堆里那些狂暴物質(zhì)的脾氣?溫度是關(guān)鍵!但科學(xué)家們撓頭了:在那種“暖稠密物質(zhì)”(WarmDenseMatter)狀態(tài)——溫度動輒幾十萬度,密度又賊高——測壓力、測密度還行,測溫度?難如登天!“溫度全靠猜,誤差大得嚇人,理論模型都快卡死了,”美國SLAC國家加速器實驗室的鮑勃·納格勒(BobNagler)博士大倒苦水,“這破事困擾我們幾十年了!”
激光+金箔+X射線:溫度計誕生!
憋了快十年大招,由SLAC和內(nèi)華達(dá)大學(xué)里諾分校湯姆·懷特(TomWhite)教授領(lǐng)軍的國際團(tuán)隊,終于憋出了個絕招!他們在SLAC的“極端條件物質(zhì)”(MEC)實驗站開動:
激光猛烤:一束超強(qiáng)激光“滋啦”一下,轟在比頭發(fā)絲還薄無數(shù)倍的金箔上。
原子狂舞:金子原子被瞬間加熱,瘋狂“蹦迪”,蹦跶速度直接反映溫度。
X光“抓拍”:幾乎同時,世界上最亮的X射線——直線加速器相干光源(LCLS)發(fā)出一束超短脈沖,穿透這片滾燙的金箔。
速度現(xiàn)形:X射線撞上瘋狂抖動的金原子,頻率發(fā)生了極其細(xì)微的偏移??茖W(xué)家們就是靠這“偏移量”,像雷達(dá)測速一樣,直接算出了原子的速度,也就是實打?qū)嵉脑蛹墱囟龋?/p>
“終于!我們搞定了直接、明確的測量!這方法能推廣到整個領(lǐng)域了!”懷特教授興奮地宣布。
金子:沒想到吧?我還能更“抗造”!
實驗成功本身就夠嗨了,但數(shù)據(jù)一深挖,科學(xué)家們下巴差點(diǎn)掉地上:這塊金子,竟然被加熱到了19000開爾文(約19000攝氏度)!這溫度有多離譜?是金子正常熔點(diǎn)(約1064°C)的14倍還多!更要命的是,它居然還保持著固態(tài)晶體的結(jié)構(gòu)!
這直接挑戰(zhàn)了一個統(tǒng)治物理學(xué)界40年的理論——熵災(zāi)變極限(EntropyCatastropheLimit)。這理論簡單說:物質(zhì)被加熱得越狠,離它正常的熔點(diǎn)/沸點(diǎn)越遠(yuǎn),系統(tǒng)就越不穩(wěn)定,隨便一點(diǎn)小擾動(比如容器壁有個小坑、水里掉進(jìn)點(diǎn)灰)就能引發(fā)“雪崩式”的熔化或沸騰(想想微波爐炸水)。以前大家都認(rèn)為,這就是物質(zhì)能承受過熱的“終極天花板”。
金子:秘訣是“快”!快到災(zāi)難來不及發(fā)生
“別誤會,我們可沒推翻熱力學(xué)第二定律!”懷特教授笑著澄清,“我們發(fā)現(xiàn),只要加熱足夠快——快到以萬億分之一秒計——這些‘災(zāi)難’就追不上你!”團(tuán)隊推測,極速加熱讓金子沒時間膨脹,硬是鎖住了固態(tài)。這意味著,只要能“快準(zhǔn)狠”,物質(zhì)過熱的極限,可能壓根不存在天花板!
意義重大:從地心到“人造太陽”
行星內(nèi)部解密:地球、木星的核心深處,物質(zhì)就處在類似的高溫高壓狀態(tài)。這次夏天,團(tuán)隊已經(jīng)用新方法去測量模擬行星核心物質(zhì)的溫度了,地心奧秘有望揭開!
核聚變能源突破關(guān)鍵:慣性約束核聚變(人造太陽)中,燃料靶丸內(nèi)爆時,瞬間就變成“暖稠密物質(zhì)”?!耙O(shè)計有效的靶丸,我們必須知道它在什么溫度下會發(fā)生關(guān)鍵的狀態(tài)變化,”納格勒博士強(qiáng)調(diào),“現(xiàn)在,我們終于有尺子量了!”
理論物理震動:“第一次用這技術(shù)就挑戰(zhàn)了老牌理論,天知道后面還有啥驚喜等著我們!”納格勒博士充滿期待。
所以,下次你用微波爐熱“超純水”時小心點(diǎn),那只是微觀世界里“速度與災(zāi)難”賽跑的一個小例子。而科學(xué)家們,正用更瘋狂的“速度”,在探索物質(zhì)極限的道路上狂飆,不斷刷新我們對這個宇宙的認(rèn)知!
你覺得,物質(zhì)承受高溫的極限,到底在哪里?
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