¿Qué tan asombrosa es la ciencia? Los científicos calentaron esta sustancia y en su lugar la "congelaron"

La ciencia es un tema muy interesante. Parece explicar fundamentalmente todos los fenómenos que damos por sentado en nuestra vida diaria y establecer las teorías correspondientes. Sin embargo, cuando la ciencia se estudia hasta cierto punto, en realidad puede crear una gran cantidad de fenómenos contrarios a la intuición.

Si cubres un vaso lleno de agua con un trozo de cartón muy plano, y luego les das la vuelta, verás que ni el agua ni el cartón caerán si les pones una lente convexa; una lente cóncava Colóquela en el lugar correcto y podrá tener un telescopio para ver objetos distantes que de otro modo serían invisibles. Estas son las maravillas de la ciencia, que pueden hacer posible lo imposible.

Recientemente, los científicos han vuelto a utilizar la ciencia para sorprendernos, completando un avance que desafía el sentido común. Al calentar algunos objetos, los "congelan" juntos. Por supuesto, si quieres producir un fenómeno tan increíble, naturalmente necesitarás medios extraordinarios. En las recientes "Physical Review Letters", estos científicos nos mostraron este sorprendente fenómeno físico.

Estos investigadores de la Universidad de Cambridge en Reino Unido utilizaron una mezcla coloidal de agua, poliestireno y pequeñas gotas de aceite recubiertas de ADN. Su método para calentar esta mezcla no era común, pero usaba luz para elevar la temperatura. Esperaban usar este método para comprender los cambios dinámicos que ocurrían en estas sustancias después de ser calentadas por la luz, y descubrieron este fenómeno mágico.

Después de ser irradiadas por la luz, las partículas microscópicas de la parte irradiada de estas sustancias no escaparon a todas partes, sino que se juntaron. Desde un punto de vista termodinámico, están enfriados.

Aquí nos gustaría presentarles: ¿Cuál es la naturaleza de la temperatura?

De hecho, la temperatura es una manifestación macroscópica de la fuerza del movimiento de las partículas microscópicas. Si el movimiento de estas partículas es relativamente violento, aparecerá como una temperatura más alta del material a nivel macroscópico; si el movimiento es relativamente lento, aparecerá a nivel macroscópico como una temperatura más alta, es decir, la temperatura del material es baja.

Dado que los propios fotones transportan energía, cuando se iluminan sobre la materia, la energía se transferirá a partículas microscópicas y se convertirá en su energía cinética. Por lo tanto, es de sentido común que la luz hará que el movimiento de estas partículas se acelere. Macroscópicamente, el asunto está candente. De hecho, este grupo de investigadores descubrió que estas partículas se juntaban y, desde el punto de vista termodinámico, se enfriaban. Entonces la pregunta es: ¿Por qué sucede esto?

Se trata de un efecto interesante en física: el efecto Marangoni.

El llamado efecto Marangoni se refiere al fenómeno de que cuando dos líquidos con diferentes tensiones superficiales entran en contacto, aparecerá un gradiente de tensión superficial en la interfaz, dando como resultado una transferencia de masa.

Una breve explicación: La tensión superficial se puede entender generalmente como la fuerza que ejercen las partículas de líquido entre sí. Si llenas un vaso con agua, encontrarás que la superficie del agua es ligeramente más alta que el vaso. Esta es la tensión superficial. Esta parte del agua se retiene para que no fluya hacia abajo. El efecto Marangoni también puede entenderse a grandes rasgos como un fenómeno en el que un líquido con una tensión superficial mayor atrae a un líquido con una tensión superficial menor en la unión. El efecto Marangoni también se ve afectado por la temperatura.

Por ejemplo, en este experimento realizado por científicos de la Universidad de Cambridge, el aceite y el agua de la mezcla tienen diferentes tensiones superficiales, y además se comportan de forma ligeramente diferente cuando cambia la temperatura. Según el análisis del efecto Marangoni, si usamos luz para calentar algunas áreas de la mezcla anterior, veremos un fenómeno muy interesante en la interfaz del aceite y el agua: las moléculas de los dos vibrarán violentamente, para luego chocar y frotarse. El medio fluye hacia zonas más frías, que es como se comporta el líquido macroscópicamente.

Sin embargo, la situación actual no es así.

El físico de materia blanda Alessio Caciagli y sus colegas untaron gotas de aceite de 20 a 30 micrones de diámetro en un polímero con una gran cantidad de ADN monocatenario y luego mezclaron el líquido mezclado con esferas de poliestireno de aproximadamente la mitad de diámetro. de un micrón de tamaño se unen para formar una suspensión. Debido a las propiedades únicas del ADN, el poliestireno se adhiere a la superficie exterior de la gota de aceite. Dado que el poliestireno es insoluble en agua, recubre tan bien el interior del polímero que la suspensión queda suspendida en agua con una estructura coloidal suelta.

Para estudiar el efecto de la luz sobre esta suspensión, los investigadores dispararon contra ella un rayo láser y, inesperadamente, sucedió algo interesante.

Sabemos que la energía del láser es relativamente fuerte. Bajo irradiación láser, la temperatura del poliestireno aumentó 5°C. Según el efecto Marangoni normal, debido al gradiente térmico que se forma entre el poliestireno y el agua, las esferas coloidales recubiertas de poliestireno se extienden y se dispersan en el agua.

Pero la situación real es que en lugar de extenderse, el poliestireno se acerca en la superficie de la gota de aceite. Como decíamos anteriormente, desde el punto de vista termodinámico, estos poliestirenos están "enfriados". Creen que la razón de este fenómeno anormal es que la diferencia de temperatura entre los dos líquidos dentro y fuera del poliestireno provoca un fenómeno de flujo que agrega las partículas suspendidas.

Desde una perspectiva macro, el rayo láser que podría haberse calentado en realidad provocó que el líquido suspendido formara un cristal de partículas coloidal especial. Si quieres que se derrita, simplemente apaga la fuente de luz.

Aunque este fenómeno es inesperado, todavía se puede explicar relativamente bien a través de las teorías físicas existentes, y el equipo también utilizó modelos para restaurar este proceso.

Resulta que nuestra comprensión de la luz es todavía muy limitada y es probable que se convierta en una herramienta para manipular partículas en el futuro. Especialmente a medida que la tecnología se vuelve cada vez más sofisticada y debe operar en escalas cada vez más pequeñas, el uso de láseres se vuelve aún más importante. En la actualidad, los científicos han comenzado a utilizar la luz a modo de pinzas o martillos para realizar operaciones microscópicas. En el futuro, desempeñará un papel importante en más campos.

Es seguro que la nanotecnología será cada vez más popular en el futuro. Quién sabe, tal vez con la poderosa herramienta de la luz seamos capaces de completar operaciones excelentes a menor escala en el futuro, y los avances en la ciencia y la tecnología humanas están a la vuelta de la esquina.