Что такое «энтропийная катастрофа»?
Мы привыкли, что металлы плавятся при определённой температуре: нагрейте золотое кольцо до 1064 °C — и оно растает. Но в теории физиков существовала так называемая «энтропийная катастрофа»: предполагалось, что если нагревать металл очень быстро, его атомы могут потерять связь и перейти в хаос гораздо раньше. Никто не проверял это напрямую.
Лазер и рентген: как измерить температуру атомов
Команда из Стэнфордского института SLAC устроила золоту настоящий стресс‑тест. Они взяли тончайшую фольгу и обстреляли её мощнейшими лазерными импульсами, которые нагревали материал до десятков тысяч градусов. Почти одновременно учёные «прощупывали» структуру металла ультраяркими рентгеновскими лучами, чтобы увидеть, как ведут себя отдельные атомы. От отражения лучей можно вычислить, насколько быстро дрожат атомы, то есть определить температуру.
Почему золото осталось твёрдым
Результат ошеломил исследователей: при нагреве до 19 000 кельвинов, что в 14 раз выше точки плавления, золотая фольга оставалась твёрдой. Оказалось, что если нагревать металл настолько быстро, атомы не успевают перестроиться в жидкое состояние и продолжают колебаться вокруг исходных позиций. Исследователи подчёркивают: никаких нарушений термодинамики нет — просто процесс происходит в области, где старая теория неприменима.
Это открытие важно для термоядерного синтеза, где материалы нагреваются до миллионов градусов. Золото часто используют как мишень, и теперь ясно, что оно может выдерживать гораздо более высокие температуры без разрушения. Новая методика определения «атомной» температуры с помощью ультракоротких рентгеновских импульсов пригодится для изучения других металлов и даже планетных недр. Исследование разрушает 40‑летний миф и показывает, что мир полон сюрпризов.