Fizičari u Darmštatu istražuju procese starenja materijala. Po prvi put su izmerili otkucavanje unutrašnjeg sata u staklu. Prilikom procene podataka otkrili su iznenađujući fenomen.
Vreme doživljavamo kao da ima samo jedan pravac. Ko je ikada video da se šolja razbije o pod, da bi se onda spontano ponovo sastavila? Za fizičare, ovo nije odmah samo po sebi očigledno jer formule koje opisuju kretanje važe bez obzira na pravac vremena.
Video snimak klatna koji se neometano ljulja, na primer, izgledao bi isto ako bi trčao unazad. Svakodnevna nepovratnost koju doživljavamo dolazi u igru samo kroz još jedan zakon prirode, drugi zakon termodinamike. Ovo navodi da poremećaj u sistemu stalno raste. Međutim, ako bi se razbijena šolja ponovo sastavila, poremećaj bi se smanjio.
Možda mislite da je starenje materijala jednako nepovratno kao i razbijanje stakla. Međutim, prilikom istraživanja kretanja molekula u staklu ili plastici, fizičari iz Darmštata su sada otkrili da su ova kretanja vremenski reverzibilna ako se posmatraju iz određene perspektive.
Tim koji predvodi Till Bohmer sa Instituta za fiziku kondenzovane materije na Tehničkom univerzitetu u Darmštatu objavio je svoje rezultate u Prirodnoj fizici.
Čaše ili plastika se sastoje od spleta molekula. Čestice su u stalnom kretanju, zbog čega ponovo i iznova klize u nove položaje. Trajno traže povoljnije energetsko stanje, koje vremenom menja svojstva materijala – staklo stari.
U korisnim materijalima kao što je prozorsko staklo, međutim, to može potrajati milijarde godina. Proces starenja može se opisati onim što je poznato kao „materijalno vreme“. Zamislite to ovako: materijal ima unutrašnji sat koji otkucava drugačije od sata na zidu laboratorije. Vreme materijala otkucava različitom brzinom u zavisnosti od toga koliko brzo se molekuli unutar materijala reorganizuju.
Međutim, otkako je koncept otkriven pre nekih 50 godina, niko nije uspeo da izmeri materijalno vreme. Istraživači u Darmštatu predvođeni prof. Tomasom Blohovičem su to uradili po prvi put.
„Bio je to veliki eksperimentalni izazov“, kaže Bemer. Male fluktuacije u molekulima morale su biti dokumentovane pomoću ultra-osetljive video kamere. „Ne možete samo da gledate kako se molekuli klate okolo“, dodaje Blohovič.
Ipak, istraživači su nešto primetili. Usmerili su laser na uzorak od stakla. Molekuli unutar njega raspršuju svetlost. Rasuti snopovi se preklapaju i formiraju haotičan obrazac svetlih i tamnih tačaka na senzoru kamere. Statističke metode se mogu koristiti za izračunavanje kako fluktuacije variraju tokom vremena – drugim rečima, koliko brzo otkucava unutrašnji sat materijala. „Ovo zahteva izuzetno precizna merenja koja su bila moguća samo korišćenjem najsavremenijih video kamera“, kaže Blohovič.
Ali vredelo je. Statistička analiza molekularnih fluktuacija, u kojoj su pomogli istraživači sa Univerziteta Roskilde u Danskoj, otkrila je neke iznenađujuće rezultate. U pogledu materijalnog vremena, fluktuacije molekula su vremenski reverzibilne. To znači da se ne menjaju ako je materijalnom vremenu dozvoljeno da otkucava unazad, slično video snimku klatna, koji izgleda isto kada se reprodukuje unapred i unazad.
„Međutim, to ne znači da se starenje materijala može preokrenuti“, naglašava Bohmer. Tačnije, rezultat potvrđuje da je koncept materijalnog vremena dobro odabran jer izražava čitav nepovratni deo starenja materijala. Njegovo otkucavanje oličava protok vremena za predmetni materijal.
Sve ostalo što se kreće u materijalu u odnosu na ovu vremensku skalu ne doprinosi starenju. Kao što, metaforički rečeno, deca koja se igraju na zadnjem sedištu automobila ne doprinose njegovom kretanju.
Istraživači iz Darmštata veruju da se ovo generalno odnosi na neuređene materijale, pošto su ispitali dve klase materijala – staklo i plastiku – i izvršili kompjutersku simulaciju modela materijala – sa istim rezultatima.
Uspeh fizičara je samo početak. „Ovo nam ostavlja brdo neodgovorenih pitanja“, kaže Blohovič. Na primer, ostaje da se razjasni u kojoj meri je uočena reverzibilnost u smislu materijalnog vremena posledica reverzibilnosti fizičkih zakona prirode, ili kako se otkucavanje unutrašnjeg sata razlikuje za različite materijale.
Istraživači su željni da dalje istražuju, tako da bi mogla biti još uzbudljivija otkrića.
