Коли на один і той самий об'єкт впливає багато сил, їх дія додається. Зазвичай. Проте нещодавно науковці продемонстрували випадок, коли так не відбувається. За певних умов взаємодія трьох частинок в емульсії перебігає нелінійно: тоді один плюс два не дорівнює трьом. Цей так званий ефект багатьох тіл є важливим, зокрема для розробників мікромашин, що працюють на розвиток нанотехнологій, розповідають учені в журналі Nature Communications.
Почережним фіксуванням кульок за допомогою лазерного «пінцета» науковці змогли виміряти ефект Казимира між ними
Що в математиці, що у фізиці — в обох науках 1 плюс 2 зазвичай дорівнює 3. «Від ґравітації до електромагнітності фундаментальна фізична взаємодія є адитивною, — пояснюють Джованні Вольпе (Giovanni Volpe) та його колеґи з Університету Білкент в Анкарі. — Наприклад, сила двох електричних зарядів, що діє на третій, дорівнює сумі їхніх двох окремо виміряних сил».
Принцип додавання мусів би діяти і в світі найменших частинок, принаймні так вважали. Чи це узгоджується з дійсністю, випробували Вольпе з колеґами за допомогою ефекту Казимира. Цей ефект спричиняє взаємне тяжіння маленьких, нерозчинних частинок, що за певних умов перебувають у суміші рідин.
Як сила Ван дер Ваальса втримує ящірку гекона на стіні, так і відбувається взаємодія обох частинок. Вони здаються поєднані невидимою ґумкою — ефектом Казимира. У вакуумі цей ефект можна побачити на двох паралельних пластинах — вони стискаються докупи.
Але що стається, якщо в рідині інтеґруються не дві, а три частинки? Згідно з загальним правилом, ефект Казимира мав би додавати впливи, як і відбувається з іншими силами. Проте не в цьому випадку, розповідають науковці.
Для свого експерименту дослідники спочатку виготовили суміш з води та 2,6-діметилперидіну — речовин, що, як олія та вода, утворюють емульсію. У цю рідину науковці помістили скляні кульки й визначили ефект Казимира, що виникає між ними. Це вдалося, зокрема, й завдяки застосуванню тонких лазерних променів як оптичного пінцета — він щоразу фіксував одну кульку й вимірював реакцію іншої. Дві кульки поводилися так, як і можна було сподіватися: за певної температури рідини виникав ефект Казимира.
Проте коли до двох долучили третю кульку, відбулося дещо незвичне: загальна сила, якою дві частинки впливали на третю, не дорівнювала сумі окремо виміряних двох сил. «Це суперечить нашій інтуїції, — пояснює співавтор Андреа Ґамбассі (Andrea Gambassi) з дослідницького центру SISSA, що в Трієсті (Італія). — Простіше кажучи, ці сили не додаються лінійно, як повсякчас».
Фізики пояснюють: у цьому випадку маємо ефект багатьох тіл. «Ми продемонстрували, що цей ефект є реальним, і виміряли його з надзвичайною точністю, — розповідає Вольпе. — Це захоплює, якщо усвідомити, що йдеться про сили, які дорівнюють мільярдній частці грама».
Науковці пояснюють, що вимірювання описаного ефекту є важливим і для практичного застосування. «Наприклад, для науковців, що проектують мікромашини: кожна така машина складається з багатьох компонентів, що перебувають у відносному русі щодо інших, — пояснює Ґамбассі. — Щоб зрозуміти, як ці різні складові реагують одне на одного, знання про ефект багатьох тіл — визначальне, передусім для рідин».
Scinexx.de, 21/04/2016
Зреферувала Соломія Кривенко
26.04.2016