Температура, при якій матеріал плавиться під дією тиску, підпорядковується єдиному параболічному рівнянню, стверджує один вчений, що дає напрочуд просте рішення давньої проблеми.
Якщо ви хочете перетворити тверде тіло на рідину, звичайний підхід полягає в додаванні тепла. Однак температура, при якій відбувається плавлення, залежить не лише від речовини, але й від тиску. Тому фізики та хіміки використовують фазові діаграми “температура-тиск”, де по осі X відкладають температуру, а по осі Y – тиск, щоб показати умови, за яких щось стане твердим, рідким або газоподібним. Лінія плавлення позначає межу між першими двома станами. Знання того, де проходить ця лінія, може бути важливим для вибору сучасних інженерних матеріалів, а також має застосування в таких сферах, як розробка ліків.
Ці діаграми зазвичай створюються шляхом дорогих спроб і помилок – якби існувала універсальна формула для прогнозування цієї лінії, можна було б заощадити багато грошей і душевного болю. Професор Костя Траченко з Університету Королеви Марії стверджує, що вона є, хоча не всі в цьому переконані.
Нещодавно Траченко опублікував книгу під назвою “Теорія рідин”, в якій він та інші дослідники дійшли висновку, що лінії плавлення можна описати простим параболічним рівнянням. Замість того, щоб проводити експерименти з використанням дедалі вищих температур і тисків, з усіма супутніми труднощами, лінію плавлення можна спроектувати за допомогою вимірювань у більш сприятливих умовах, стверджує Траченко.
Окрім практичної цінності, таке відкриття також означатиме фундаментальну спільність для, здавалося б, не пов’язаних між собою матеріалів.
“Простота і універсальність цього результату особливо захоплюють”, – сказав професор Траченко у своїй заяві, хоча простота тут є відносною характеристикою. “Це свідчить про те, що плавлення, незважаючи на його складність, демонструє фундаментальну єдність у різних системах, від інертних газів до металів”.
Траченко вивів рівняння, зосередившись на енергії речовини в точці, де вона плавиться або твердне, а не на ентропії, як у більшості попередніх досліджень. Він дійшов висновку, що лінія плавлення визначається постійною Планка, масою і зарядом електрона, а також оболонками, в яких перебувають зовнішні електрони речовини.
У певному сенсі існування такої формули не повинно дивувати. Рівняння для точки, де рідина перетворюється на газ, вже відоме з теоретичної термодинаміки. Те ж саме можна сказати і про сублімацію – коли тверді речовини безпосередньо перетворюються на газ, минаючи рідку стадію, як це відбувається з кометами, що наближаються до Сонця. З іншого боку, зважаючи на те, наскільки добре вивчена ця тема, знайти щось, що досі було пропущено, дещо несподівано, особливо з огляду на те, що визначення межі між твердим і рідким тілом не завжди є простим.
Більше того, доктор Сергій Харпак з Німецького аерокосмічного центру розповів New Scientist, що Траченко в кількох місцях у своєму виведенні використовував наближення, засновані на “фізичній інтуїції”. За словами д-ра Харпака, без суворих доказів цих оцінок, лише широке тестування в умовах, які раніше не використовувалися, буде достатнім для того, щоб встановити, чи має рацію Траченко.
Якщо крижані королеви і помічники супергероїв можуть заморожувати все, до чого торкаються, то, ймовірно, існує ринок для фентезійних лиходіїв, які можуть робити протилежне, але для цього потрібно знати, де проходить межа.
