Šviesa irgi sukelia trintį

Trinčiai reikia dviejų besiliečiančių paviršių, Bet neseniai fizikai atrado, kad kvantiniame pasaulyje šviesa pati gali sukurti trintį be jokio fizinio kontakto su kuo nors..

2022 m. tyrėjai atrado, kad teigiamas vandens molekulių krūvis, kuris virpa jam tekant per anglies nanovamzdelį, sąveikauja su neigiamai įkrautais elektronais vamzdžio sienelėse. Dėl to ties vandens ir anglies riba atsirado be galo maža trintis, - ne dėl paviršiaus šiurkštumo, o dėl elektromagnetinės sąveikos. O 2025 m. Kinijos Landžou cheminės fizikos instituto tyrėjų komanda pastebėjo („Nature Communications“ liepos 1 d.), kad itin plonų grafeno lakštų sulankstymas keičia elektronų struktūrą juos sužadindami, ir trintis sulenktuose kraštuose nukrypsta nuo įprastos tiesinės priklausomybės.

Tada Sebastianas Kruss’as*) iš Rūro universiteto Bochume (Vokietija) tyrė, kas nutiko grafeno nanovamzdeliams, kai jie buvo panardinti į vandenį ir veikiami vis ryškesnės šviesos. Rezultatas (paskelbta 2026 m. birželį Nature”) pranoko lūkesčius, bet ne taip, kaip galima būtų manyti. Didesnis šiluminės energijos lygis paprastai sukelia didesnę dalelių greičiau difuziją skystyje, nes ją skatina kinetinė energija: daugiau šilumos reiškia smarkesnį molekulių judėjimą. Tačiau Kruss’as su komandai aptiko priešingą rezultatą - difuzija sumažėjo, nes jai priešinosi netikėtas trinties šaltinis. Grafenas

Bet, kas gi sukėlė šį bekontaktį pasipriešinimą?  Atsakymas slypi nepaprastose grafeno savybėse. Grafenas, nors ir itin stiprus (apie 200 kartų stipresnis už plieną), nepaisant to, kad yra neįtikėtinai plonas, jo storis prilygsta tik vienam atomui, o tai reiškia, kad jis neįtikėtinai lygus, be jokių nelygumų ir defektų, būdingų daugumai medžiagų. Todėl įprastinė trintis atmestina ir … pasipriešinimo šaltinis buvo elektroninis: atrodė tarsi vamzdeliai, kurie švyti apšvietus, judėtų per kažką tankesnio už vandenį.

Ir štai kodėl. Šviesa elektronus pavertė eksitonais – poromis, sudarytomis iš elektrono, sužadinto iki aukštesnės energijos būsenos, ir teigiamai įkrautos „skylės“, likusios ankstesnėje padėtyje. Neigiamas elektrono krūvis ir teigiamas skylės krūvis vienas kitą panaikina, todėl eksitonai neturi suminio krūvio. Tačiau jie vis tiek gali perduoti energiją ir skleisti šviesą, o tai paaiškina fluorescencinį vamzdelių švytėjimą. Svarbiausia, kad eksitonų susidarymas grafeno paviršiuje sukūrė elektros krūvių fliuktuacijas, kurios perkėlė impulsą į H2O molekulėms ties grafeno ir vandens riba, sukurdamos pasipriešinimą. Didesnis apšvietimas reiškė daugiau eksitonų, o tai reiškė didesnę trintį ir smarkesnį lėtėjimą, - ir visa tai vyko be fizinių paviršių lietimosi.

Tyrėjai patvirtino šį mechanizmą naudodami terahercinę spektroskopiją ir nustatė, kad pašalinus eksitonus trintis visiškai išnyko. Šis atradimas atveria duris praktiniam pritaikymui: manipuliuodami kvantine šviesos trintimi, mokslininkai galėtų pagreitinti arba sulėtinti chemines reakcijas pagal poreikį. Dar labiau vilioja tai, kad nanorobotai, skirti tyrinėti anksčiau nepasiekiamas vietas – nuo ??žmogaus kūno vidaus iki giliausių Marianų įdubos plyšių – vieną dieną gali būti valdomi tiesiog reguliuojant šviesą, kuri sukelia šį efektą.

*) Sebastianas Krusas (Sebastian Kruss) - vokiečių biofizikas. Rūro universiteto Bochume profesorius (nuo 2020  m.). Pagrindinės mokslinio domėjimosi sritys: biofotonika, mikroskopija, manomedžiagos, ląstelių biofizika. Ypatingą dėmesį skiria pažangiems optiniams metodams ir inovatyviems biosensoriams.

Svarbesnieji 1998 m. mokslo atradimai,  1999.01.22
  1. 1997-98 m. pasirodė pranešimai, kad įvairūs matavimai rodo, kad Visatos materija yra pasiskirsčiusi netolygiai. Tokie matavimai ir jų išvados buvo stipriai peikiami ir nepripažįstami mokslinės visuomenės. Tai visiškai suprantama, nes jei tai tiesa, gražus kosmologijos pastatas gali sugriūti.
     
  2. Vienas tokių, praėjusių metų pabaigoje pasirodęs D. Valls-Gabaud’o ir jo bendradarbių pranešimas, kad jie su NASA palydovo pagalba sudarė 2,726oK temperatūros pirmykščio Visatos spinduliavimo žemėlapį (atitinkantį 300 tūkst. metų Visatos amžiaus) ir nustatė, kad spinduliavimo temperatūra pasiskirsčiusi netolygiai, yra šaltesnių ir karštesnių plotų. Beje, duomenys apdoroti niekur dar neišbandytu wavelet metodu ir todėl kol kas yra abejotini.
     
  3. Įdomu, ar kam nors teko girdėti apie eksperimentą, kurio metu būtų pasiektas greitis, didesnis nei c - šviesos greitis vakuume? Esu tik skaitęs apie tokią galimybę. O idėja net labai paprasta. Jei šviesa sklinda per erdvę, turinčią savyje masę, tai jos greitis mažesnis negu c, kai šviesa sklinda per teigiamos energijos sritis. O kas bus, jei sklis per neigiamos energijos sritį? Ken Olum (Physical Review Letters vol. 81, p. 3567) teigia, kad tokiu atveju šviesos greitis bus didesnis nei c. Neigiamos energijos sritis galime gauti naudodamiesi Casimiro reiškiniu.
     
    Kvailas klausimas: O koks tas Casimir’o reiškinys?
     
  4. Fermilab’o mokslininkai nustatė, kad elementariosios dalelės kaonai, pasižymėjusios tuo, kad pažeidžia CP simetriją, ir uždirbusios dvi Nobelio premijas, dabar taiko į trečią. O reikalas toks. Fizikai tiki, kad bendra CPT simetrija yra nepažeidžiama, t.y. jei kaonai pažeidžia C ir P simetrijas, tai jie turi pažeisti ir T simetriją tiek, kad kompensuotų CP. Ir štai vieno eksperimento metu buvo nustatyta, kad kaonai virsta antikaonais rečiau negu atvirkščiai. Tai paaiškintų, kodėl antimaterijos mūsų visatoje yra mažiau nei materijos, nors Didžiojo Sprogimo metu jos galėjo būti pagaminta po lygiai.
     
    Paaiškinimai: C (charge – krūvio) simetrija reiškia, kad sukeitus vietomis + ir - krūvius visatoje veikiantys dėsniai nepasikeis. P simetrija reiškia, kad Visatos veidrodinis atspindys irgi teisingas. T simetrija reiškia, kad fizikos dėsniai veikia vienodai laike į priekį ir atgal.
     
    Kvailos išvados: T simetrijos pažeidimas leistų laiko keliautojui nustatyti kur link jis juda.
     
  5. Japonai iš Kanagawos universiteto tyrinėja vieną įdomų žvėriuką – pusės milimetro ilgio vadinamąjį „vandens meškiuką“ (lėtūnus) arba angliškai tardigrade. Pasirodo, kad jis tikras kyborgas – gali iškęsti virinimą, sušaldymą, vakuumą ir 6000 atmosferų spaudimą (Nature vol. 395, p. 853). Japonai tikisi tyrimų duomenis panaudoti ilgalaikiam transplantantų saugojimui.

Parengė Algis Džiugys

Apie kamienines ląsteles
Įvairios trumpos naujienos
ATF: ir „baterija“, ir neuromediatorius
Mokslo apžvalgos apžvalga. 99.01.22
Mokslo apžvalgos apžvalga. 98.04.05
Mokslo apžvalgos apžvalga. 98.04.02
Qbox teorija: klasikinė ir kvantinė teorijos kartu
N. Hansonas. Atradimo modelis: stebėjimas
Spindulinė energija mokslininkų darbuose
Jaunystės eliksyro paieškos
Išslaptinti Arktikos duomenys
Kas rašoma ant lapų?
Gyvenimas po mirties
Senovės mechanika
Vartiklis