Zdá sa, že máte zablokovanú reklamu

Fungujeme však vďaka príjmom z reklamy a predplatného. Podporte nás povolením reklamy alebo kúpou predplatného.

Ďakujeme, že pozeráte .pod lampou. Chceli by ste na ňu prispieť?

Topológia a nový pohľad na fyziku

.richard Hlubina .časopis .veda

Prečo sa po zamrznutom rybníku dá prejsť bez ponorenia do vody? Ako je možné, že ľad sa správa ináč ako voda, keď pozostáva z tých istých molekúl? A predovšetkým: majú všetky skupenské premeny predobraz v premene kvapalnej vody na ľad?

Topológia a nový pohľad na fyziku RONI REKOMAA/LEHTIKUVA/AP/SITA John Michael Kosterlitz skúmal špeciálne magnety, aby dokázal, že Landauova-Andersonova paradigma nie je úplná.

rozdielne správanie ľadu a kvapalnej vody súvisí s lokálnym usporiadaním molekúl: keby sme v malom kúsku hmoty odfotili molekuly s dosť dlhým expozičným časom, potom v ľade by sme videli, že molekuly kmitajú okolo istých špecifických polôh, kým vo vode by fotografia bola celkom rozmazaná. V ľade preto nie sú všetky polohy molekúl rovnako pravdepodobné – došlo v ňom k „spontánnemu narušeniu symetrie“.

Podľa gigantov fyziky minulého storočia L. D. Landaua a P. W. Andersona možno pomocou pojmu spontánneho narušenia symetrie klasifikovať takmer všetky známe fázy (skupenstvá) vrátane exotických fáz ako supravodivosť a supratekutosť. Laureáti tohtoročnej Nobelovej ceny za fyziku David Thouless, Duncan Haldane a Michael Kosterlitz však ukázali, že Landauova-Andersonova paradigma nie je úplná.

kosterlitz a Thouless

V roku 1973 Kosterlitz a Thouless teoreticky skúmali špeciálne magnety tvorené sadou elementárnych magnetiek podobných ihlám kompasov. Magnetky sú pritom porozkladané na obrovskej šachovnici a susedné magnetky sa snažia natočiť rovnobežne. Bolo známe, že magnetky sa pri nenulovej teplote nemôžu spontánne usporiadať jedným smerom. Kosterlitz a Thouless však ukázali, že v takýchto magnetoch napriek tomu existuje pri nenulovej teplote fázový prechod, ktorého podstata je iná ako v štandardnej teórii.

„Aj bez vonkajšieho magnetického poľa môže existovať celá trieda materiálov, ktoré sú vo svojom vnútri nevodivé, ale na ich povrchu existujú dokonale vodivé stavy.“

O charaktere jednotlivých fáz teraz nerozhodujú lokálne fotografie magnetiek – tie sú v oboch fázach rovnako rozmazané – ale prítomnosť takzvaných vírov a antivírov, čo sú isté špeciálne konfigurácie magnetiek. Víry a antivíry sa navzájom priťahujú a pri nízkych teplotách je v magnete prítomných iba niekoľko blízko ležiacich párov vír-antivír. V takomto prípade sa magnet nachádza v „tuhej“ fáze, v ktorej otočenie magnetiek na jednom konci šachovnice spôsobí rovnaké otočenie na jej druhom konci. Pri zvyšovaní teploty sa zväčšuje priemerná vzdialenosť medzi členmi páru, až pri istej teplote vzniknú voľné (nezviazané) víry a antivíry. V momente, keď sa tak stane, magnetky prejdú do „tekutej“ fázy, v ktorej pôsobenie medzi vzdialenými magnetkami absentuje.

 

Celý článok si môžete prečítať, ak si kúpite Digital predplatné .týždňa. Ponúkame už aj možnosť kúpiť si spoločný prístup na .týždeň a Denník N.

predplatiť

Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.
.diskusia
.neprehliadnite