SME
Streda, 20. október, 2021 | Meniny má VendelínKrížovkyKrížovky

Dvojrozmerný svet a superchlad. Vesmír sa vtedy začne správať čudne

Nobelovu cenu za fyziku získal objav čudných fenoménov pri extrémnom chlade či pri dvoj- a jednorozmerných plochách.

Jeden z laureátov tohtoročnej nobelovej ceny za fyziku, John Michael Kosterlitz,Jeden z laureátov tohtoročnej nobelovej ceny za fyziku, John Michael Kosterlitz, (Zdroj: TASR/AP)

BRATISLAVA. Je to stále voda. No zoberte si kúsok ľadu, trebárs z chladničky, položte ho na dosku a postupne zahrievajte. Okrem mokrého stola zrejme zistíte, že pred vašimi očami sa zmenilo skupenstvo: z riadne a pravidelne usporiadaných kryštálov ľadu vám zostane iba oveľa chaotickejšia hmota. Presnejšie, chaotickejšia fáza vody.

Zmena ľadu na kvapalinu je však normálna udalosť. Predstavte si však také zmeny a fázové premeny - náhle zmeny vlastností látky -, pri ktorých je roztápanie banalitou. Práve exotické podoby hmoty okolo nás, zvláštne fenomény s nimi späté a prechody, ktoré sa vymykali dovtedajším predstavám o vesmíre okolo nás včera ocenili švédski akademici Nobelovou cenou za fyziku.

Skryť Vypnúť reklamu

David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane a J. Michael Kosterlitz ju získali za teoretické objavy topologických fázových premien a topologických fáz hmoty.

Jeden rozmer, dva a superchlad

Svet okolo nás sa skladá z relatívne známych fenoménov. Pod nimi sa však ukrýva oveľa čudnejší a zložitejší vesmír, pri ktorom už zlyháva naša obyčajná intuícia.

Práve tam sa vybrali tohtoroční laureáti fyzikálnej nobelovky a použili k tomu nástroje kvantovej fyziky a matematickej topológie. Vďaka nim teoretici objavili nielen dovtedy nepredpokladané správanie sa hmoty v extrémnych a exotických prípadoch a zároveň  otvorili dvere novej generácii elektroniky a materiálov: supravodičom, supratekutinám či budúcim kvantovým počítačom.

„Veľmi ma to prekvapilo," komentoval rozhodnutie Nobelovej komisie jeden z laureátov Duncan Haldane. „Tú prácu som vykonal dávno, no až teraz sú na tejto pôvodnej myšlienke postavené nové objavy a ďaleko ju rozširujú."

Skryť Vypnúť reklamu

Haldane koncom osemdesiatych rokov predpokladal zvláštne správanie sa exotických kvapalín, ktoré sa dokážu vytvárať v tenučkých polovodičových vrstvách aj bez prítomnosti magnetického poľa. Pred dvoma rokmi experimenty túto myšlienku potvrdili.

Thouless a Kosterlitz však ešte o desaťročie skôr skúmali iné, no podobne čudné fenomény: sledovali, ako sa správa hmota na malinkých vrstvách, ktoré už môžeme považovať za dvojrozmerné.  A čím sa tento plochý svet a jeho fenomény líšia od našich troch (či štyroch) rozmerov.

Vedci zistili, že keď takúto hmotu chladíte až na teploty blízke absolútnej nule, zrazu narazíte na jasné kvantové fenomény a hmota prechádza do zvláštnych nových fáz. No - v rozpore s predchádzajúcimi hypotézami - neprichádza o svoje usporiadanie, naopak.

Skryť Vypnúť reklamu

Thouless a Kosterlitz objavili, že kľúčovú úlohu v tomto dvojrozmernom svete zohrávajú akési maličké víry: pri extrémne nízkych teplotách vytvárajú páry, ako sa však plochá hmota otepľuje, nastáva fázová premena, víry sa od seba začnú vzďaľovať a žiť v materiáli svojím životom.

Thouless a Haldane tiež zistili, že zvláštne sa správajú i reťazce atómov, nie dvojrozmerný, ale praktický jednorozmerný svet.

Pochopiť nové materiály

Dnes už vieme, že zvláštne prípady skupenstiev  látok i ich fázové premeny vznikajú pri extrémnych podmienkach.

No tohtoroční nositelia Nobelovej ceny za fyziku museli použiť inovatívnu matematiku, aby myšlienku tohto čudesného správania látok navrhli - a neskôr experimenty ukázali, že mali pravdu.

„V konečnom dôsledku tak otvorili dvere do celého neznámeho sveta," opísala ich prácu Nobelova komisia. „Dnešné pokročilé technológie totiž závisia od našej schopnosti pochopiť a ovládať vlastnosti materiálov, ktoré používajú. A laureáti vo svojej teoretickej práci objavili a opísali totálne neočakávané správanie sa hmoty."

Skryť Vypnúť reklamu

Najčítanejšie na SME Tech

Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Hlavné správy zo Sme.sk

Český prezident Miloš Zeman.

Prezidentská kancelária robí kroky, s ktorými by Zeman nemusel súhlasiť.


5 h
Pôvodná vizualizácia projektu Za stanicou.

Avoris sa stal spolumajiteľom pozemkov pod projektom Za stanicou.


19. okt
Rozhovory ZKH: Štefan Hamran.

Štefan Hamran prevzal vedenie polície po Kovaříkovi, ktorý bol v úrade len rok.


a 1 ďalší 7 h

Neprehliadnite tiež

Pre fanúšikov povinnosť, pre mladých hráčov klasika, ktorú možno neocenia.


5 h
Technologický podcast Klik.

Kyberbezpečnostný diel podcastu Klik.


a 1 ďalší 8 h
Väčšina vedcov by prípadnú zrážku s asteroidom riešila jeho odklonením. Na zábere ilustrácia prvého testu tejto metódy sondou Dart.

Sonda Dart vletí do asteroidu.


8 h
Skryť Zatvoriť reklamu