俄罗斯科学家发现新的物理悖论：“弹道共振”

时间：2022-04-23 13:25:15 来源：

研究人员发现了一种新的物理现象，即“弹道共振”。

彼得大帝圣彼得堡工业大学（SPbPU）的研究人员发现并从理论上解释了一种新的物理效应：机械振动的幅度可以在没有外部影响的情况下增长。此外，该科学小组还就如何消除费米-帕斯塔-乌拉姆-青果悖论提供了解释。

SPbPU的科学家使用一个简单的示例对其进行了解释：要摇摆秋千，您必须不断推动它。通常认为，没有恒定的外部影响就不可能实现振荡共振。

但是，应用数学和力学研究所理论力学高等学校的科学小组发现了一种新的物理现象“弹道共振”，其中仅由于系统内部的热资源才能激发机械振荡。

来自世界各地的研究人员的实验工作表明，超纯晶体材料中的热量以纳米和微米级异常高的速度传播。这种现象称为弹道热导率。

该科学小组监督了俄罗斯科学院相应成员安东·克里夫佐夫（Anton Krivtsov），推导了描述这一现象的方程式，并在微观层面对热过程的整体理解上取得了重大进展。在《物理评论》 E上发表的研究中，研究人员考虑了晶体材料中温度初始周期性分布时的系统行为。

发现的现象描述了热量平衡的过程导致机械振动，其振幅随时间增长。这种作用称为弹道共振。

“在过去的几年中，我们的科研团队一直在研究微米和纳米级的热传播机制。我们发现，在这些水平上，热量没有按照我们预期的方式扩散：例如，热量可以从冷到热流动。纳米系统的这种行为会导致新的物理效应，例如弹道共振。”理论力学高级学院副教授SPbPU维塔利·库兹金（Vitaly Kuzkin）说道。

据他介绍，未来，研究人员计划分析如何将其用于诸如石墨烯等有前途的材料中。

研究人员从理论上解释了一种新的物理效应。

这些发现也提供了解决费米面食-乌兰-青果悖论的机会。1953年，由恩里科·费米（Enrico Fermi）领导的科学小组进行了一次计算机实验，后来闻名遐.。科学家们考虑了由弹簧连接的一连串粒子振动的最简单模型。他们认为机械运动会逐渐消失，变成混乱的热振荡。尽管如此，结果还是出乎意料的：链中的振荡首先几乎衰减了，但随后又恢复并达到了接近初始水平。系统进入其初始状态，并且循环不断重复。数十年来，在考虑的系统中，由热振动引起的机械振荡的原因一直是科学研究和争论的主题。

弹道共振引起的机械振动的幅度不会无限增加，但会达到最大值，然后开始逐渐减小到零。最终，机械振荡完全消失，并且温度在整个晶体中达到平衡。该过程称为热化。对于机械师和物理学家来说，该实验至关重要，因为通过弹簧连接的一连串粒子是晶体材料的良好模型。

理论力学高等学校的研究人员表明，如果我们在有限的温度下考虑该过程，则机械能向热的转换是不可逆的。

“通常，没有考虑到在真实材料中存在热运动以及机械运动，并且热运动的能量要高几个数量级。我们在计算机实验中重新创建了这些条件，结果表明，热运动抑制了机械波并阻止了振动的恢复，”理论力学高级学院SPbPU主任，俄罗斯科学院院士Anton Krivtsov解释说。。

专家认为，SPbPU科学家提出的理论方法证明了我们了解热量和温度的新方法。这可能是未来纳米电子器件发展的基础。

参考：Vitaly A. Kuzkin和Anton M. Krivtsov于2020年4月16日在E.DOI上发表的文章：“费米-帕斯塔-乌拉姆-青果链在有限温度下的弹道共振和热化”
10.1103 / PhysRevE.101.042209

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