Новый физический эффект обнаружили ученые из СПбПУ
Новый физический эффект, который получил название «баллистический резонанс», обнаружили и теоретически описали исследователи из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), 13 июля сообщает журнал phys.org.
Обнаруженное явление сводится к тому, что процесс теплового равновесия в твердом теле приводит к механическим колебаниям с растущей со временем амплитудой.
Научная группа, возглавляемая членом-корреспондентом РАН Антоном Кривцовым, вывела уравнения, описывающие это явление, и добилась значительного прогресса в общем понимании тепловых процессов на микроуровне.
В исследовании было рассмотрено поведение системы при начальном периодическом распределении температуры в кристаллическом материале.
«В течение последних нескольких лет наша научная группа изучала механизмы распространения тепла на микро - и наноуровнях. Мы обнаружили, что на этих уровнях тепло распространяется не так, как мы ожидали: например, тепло может перетекать из холодной части материала в более горячую. Такое поведение наносистем приводит к новым физическим эффектам, таким как баллистический резонанс», — говорит доцент Высшей школы теоретической механики СПбПУ Виталий Кузькин.
Амплитуда механических колебаний, вызванных баллистическим резонансом, не увеличивается бесконечно, а достигает максимума, после чего начинает постепенно уменьшаться до нуля. В конце концов механические колебания полностью затухают, и температура уравновешивается во всём кристалле.
Это открытие также дают возможность разрешить парадокс Ферми-Паста-Улам-Цинго.
Напомним, в 1953 году научная группа под руководством Энрико Ферми провела компьютерный эксперимент, ставший впоследствии знаменитым. Ученые рассмотрели простейшую модель колебаний цепи частиц, соединенных пружинами.
При этом предполагалось, что механическое движение постепенно исчезнет, превратившись в хаотические тепловые колебания. Однако результат оказался неожиданным: колебания в цепи сначала почти затухли, но затем вновь появились и достигли почти начального уровня. Система пришла в исходное состояние, и цикл повторился.
Причины возникновения механических колебаний от тепловых колебаний в рассматриваемой системе являются предметом научных исследований и споров на протяжении десятилетий.
