Российские ученые объяснили новый физический парадокс

Группа ученых из Санкт-Петербургского политехнического Петра Великого (СПбПУ) открыли и теоретически объяснили новый физический эффект. Его суть в том, что амплитуда механических колебаний объекта может расти без внешнего воздействия.

Чтобы понять, о чем речь, математики предлагают представить качели - как известно, чтобы они продолжали наращивать движение, их нужно постоянно подталкивать.

Именно так считалось раньше - и это каждый помнит из своего детского опыта. Сейчас же российские ученые определили условие, когда колебательный резонанс может происходить, даже без внешнего воздействия, благодаря открытию.

Как говорят математики, в данном случае речь идет о «баллистическом резонансе», когда механические колебания могут стимулироваться внутренними тепловыми ресурсами системы.

Специалистам удалось это определить в ходе экспериментов на наноуровнях - было замечено, что тепло так называемых «сверхчистых кристаллических материалов» на микроуровне распространяется на необычно высоких скоростях. Этот феномен математики назвали «баллистической теплопроводностью».

Исследователи обосновали условие, при котором переход механической энергии в тепло происходит необратимо - как они говорят, это происходит при конечной температуре.

«Обычно не учитывается, что в реальных материалах, наряду с механическими, присутствует тепловое движение, энергия которого на несколько порядков выше. Мы воссоздали эти условия в компьютерном эксперименте и показали, что именно тепловое движение гасит механическую волну и препятствует возрождению колебаний», - объяснил эксперимент член-корреспондент РАН, декан Высшей школы теоретической механики СПбПУ Антон Кривцов.

Эксперты уверены, что теория ученых СПбПУ поможет по-новому взглянуть на такие привычные физические явления, как тепло и температура, и станет ключевым фактором при создании инновационных наноэлектронных устройств.

Питерские специалисты также заявили, что открытие поможет разгадать другой загадочный парадокс: Ферми-Паста-Улама-Цингу. Он был поставлен группой ученых в 1953 году и до сих пор вызывает споры и даже недоумения у научного сообщества.

Тогда исследователи рассмотрели простейшую модель колебаний цепочки частиц, соединенных пружинками.

Наблюдатели предполагали, что механическое движение постепенно затухнет, превратившись в хаотические тепловые колебания, однако все неожиданно случилось наоборот: колебания в цепочке дошли сначала почти до состояния покоя, но затем внезапно активизировались снова и вернулись на свой начальный уровень.

Цикл колебаний как бы был перезапущен и снова повторился. С тех пор процесс и причина трансформации механических колебаний из тепловых не дают покоя многим математикам.