I Falsificeret udfordrer vi hver uge vedtagne sandheder, afliver forældet viden og ser på fusk og fejl i forskningens verden.

Det, vi troede, vi vidste

Alle materialer smelter eller koger ved bestemte temperaturer, men der findes undtagelser. For eksempel kan man godt opvarme vand til over 100 grader, hvis det sker meget hurtigt, som i en kraftig mikrobølgeovn. Problemet er, at det overophedede vand pludselig kan begynde at koge eksplosivt og sprøjte til alle sider.

Siden 1980erne har fysikere derfor ment, at faste stoffer selv ved ekstremt hurtig opvarmning ikke kan opvarmes til mere end to-tre gange deres smeltepunkt, før de smelter. Denne grænse skyldes det, fysikerne kalder en »entropikatastrofe«.

Foto: Frank Hoermann, Scanpix
Foto: Frank Hoermann, Scanpix

Den teoretiske forklaring stammer fra klassisk termodynamik og bygger på begrebet entropi, som er et mål for uorden eller, mere præcist, antallet af mulige mikroskopiske tilstande i et system. Når temperaturen stiger, vokser antallet af tilstande (og dermed entropien) eksponentielt. På et tidspunkt bliver det termodynamisk mere fordelagtigt for systemet at smelte, selv ved ekstrem hurtig opvarmning.

Det, vi ved nu

Et forskerteam ved Stanford University har nu for første gang vist, at man kan overskride denne teoretiske entropigrænse. Det er lykkedes dem at opvarme guld til omkring 19.000 grader – svarende til 14 gange gulds smeltepunkt – uden at det smeltede.

Modtag Weekendavisens videnskabelige nyhedsbrev

I nyhedsbrevet Under lup bruger vi forskningen som en skarp og nøgtern linse til at undersøge verden og vores plads i den.

Hermed giver jeg tilladelse til, at Weekendavisen hver anden uge sender en mail med udvalgte historier og i tilfælde af ekstraordinære begivenheder mere. Jeg bekræfter desuden, at jeg er over 15 år, og at Berlingske Media A/S må opsamle og behandle de anførte personoplysninger til det ovennævnte formål. Oplysningerne kan indeholde annoncer fra tredjepart og i visse tilfælde blive delt med disse. I vores privatlivspolitik kan De læse mere om tredjeparter og hvordan De trækker Deres samtykke tilbage.

Det opnåede de ved at sende en ultrakort laserpuls ind i en ultratynd guldfilm, og den faste tilstand blev kun opretholdt i en brøkdel af et nanosekund. Men det ændrer ikke på, at smeltningen ikke skete øjeblikkeligt, og at ekstrem superophedning altså er mulig i faste stoffer.

Men …

Forklaringen er, at laserpulsen først opvarmer de lette elektroner, som hurtigt når ekstreme temperaturer, mens de tungere guldatomkerner forbliver »frosset« fast i gitteret. Først senere, når de varme elektroner vekselvirker med kernerne, overføres energien til selve gitterstrukturen.

Eksperimentet giver ny indsigt i materialers stabilitet under ekstreme forhold, og forskergruppen håber, at det kan få betydning for både fusionseksperimenter og forståelsen af de ekstreme tilstande i det indre af store planeter som Jupiter og Saturn.

Stanford Report, 23. juli