科幻小說必備知識拓展「彈道共振」

2020-12-05 陌巷Shining

科幻小說的基礎是建立在當今科學理論之上的,本文普及一下近日科研人員所發現的物理學新駁論。

近日,聖彼得堡工業大學(SPbPU)的研究人員發現並從理論上解釋了一種新的物理現象:機械振動的振幅可以在沒有外部影響的情況下自發變大。

這種新發現,簡單來說,機械振動的振子在無外力的影響下,振幅變大了。其原因可能是機械振動導致—相當於彈簧反覆壓縮,做功產生熱量—系統溫度升高。

系統增加的熱量轉化成動能,從而使振子振幅增大。

自然中有許多地方有共振的現象如:樂器的音響共振、太陽系一些類木行星的衛星之間的軌道共振、動物耳中基底膜的共振,電路的共振等。而我們通常認為,沒有恆定的外部影響就不可能實現振蕩共振。但是在某些特殊的晶體材質,其中僅由系統內部的熱能就可激發機械振蕩,被稱為一種新的物理現象——「彈道共振」。

安東·克裡夫佐夫(Anton Krivtsov)負責的科學小組推導出了描述了有關「彈道熱導率」的方程式,並在微觀層面對熱過程的整體認知上取得了重大進展。在《物理評論 E》 上發表的論文裡,研究人員考慮了晶體材料中溫度初始周期性分布時的系統行為。順便解釋一下:超純晶體材料中的熱量以納米和微米級的速度進行傳播,這種現象即稱為「彈道熱導率」。

在今後,也可以考慮將這種效應擴展,應用到更多材料中,比如石墨烯等。

由彈道共振引起的機械振動幅度不會無限增大,而是會達到最大值。之後,它開始逐漸減小到零。最終,機械振蕩完全消失,並且溫度在整個晶體中達到平衡。該過程被稱為熱化。對於物理學家來說,該實驗至關重要,因為通過彈簧連接的一連串粒子是晶體材料的良好模型。SPbPU科學家提出的理論方法為我們理解熱量和溫度提供了一種新角度。這可能是未來納米電子器件發展的基礎,也是未來科幻小說對納米電子的新方向。

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