Получен металлический водород!

Металлический водород • ru.knowledgr.com

Металлический водород — фаза водорода, в котором он ведет себя как электрический проводник.

Эта фаза была предсказана теоретически в 1935, но не была достоверно произведена в лабораторных экспериментах из-за требования высокого давления на заказе сотен gigapascals. При этих давлениях водород мог бы существовать как жидкость, а не тело.

Жидкий металлический водород, как думают, присутствует в большом количестве в гравитационно сжатых интерьерах Юпитера, Сатурна, и в некоторых недавно обнаруженных extrasolar планетах.

Металлизация водорода под давлением

Хотя наверху щелочной колонки металла в периодической таблице, водород не, при обычных условиях, щелочном металле.

В 1935, однако, физики Юджин Вигнер и Хиллард Белл Хантингтон предсказали, что под огромным давлением приблизительно (или), водородные атомы покажут металлические свойства, выпускающие из рук их электроны.

С тех пор металлический водород был описан как «Святой Грааль физики с высоким давлением».

[attention type=yellow]

Начальное предсказание о сумме необходимого давления, как в конечном счете доказывали, было слишком низким.

[/attention]

Начиная с первой работы Wigner и Хантингтоном, более современные теоретические вычисления указывали на выше, но тем не менее потенциально доступные давления металлизации.

Методы развиваются для создания давлений до, выше, чем давление в центре Земли, в надежде на создание металлического водорода.

Жидкий металлический водород

Гелий 4 является жидкостью при нормальном давлении около абсолютного нуля, последствия его высокой энергии нулевых колебаний (ZPE).

ZPE протонов в плотном государстве также высок, и снижение энергии заказа (относительно ZPE) ожидается в высоком давлении.

Аргументы были продвинуты Нилом Эшкрофтом и другими, что есть максимум точки плавления в сжатом водороде, но также и что может быть диапазон удельных весов (при давлениях вокруг), где водород может быть жидким металлом, даже при низких температурах.

Сверхпроводимость

В 1968 Нил Эшкрофт выдвинул тот металлический водород, может быть сверхпроводник, до комнатной температуры (~), намного выше, чем какой-либо другой известный материал кандидата. Это происходит от его чрезвычайно высокой скорости звука и ожидаемой сильной связи между электронами проводимости и колебаниями решетки.

Возможность новых типов квантовой жидкости

В настоящее время известные «супер» состояния вещества — сверхпроводники, супержидкие жидкости и газы и супертвердые частицы.

Егор Бабаев предсказал, что, если у водорода и дейтерия есть жидкие металлические государства, у них может быть квант, заказанный государства, которые не могут быть классифицированы как сверхпроводимость или супержидкость в обычном смысле.

Вместо этого они могут представлять два возможных новых типа квантовых жидкостей: «супержидкости сверхпроводимости» и «металлические супержидкости».

Такие жидкости были предсказаны, чтобы иметь очень необычные реакции на внешние магнитные поля и вращения, которые могли бы обеспечить средство для экспериментальной проверки предсказаний Бабаева. Было также предложено, чтобы под влиянием магнитного поля водород мог показать переходы фазы от сверхпроводимости до супертекучести и наоборот.

Литиевый допинг уменьшает необходимое давление

В 2009 Zurek и др. предсказал, что сплав, в котором LiH будет стабильным металлом только давления, требуемого металлизировать водород, и что подобные эффекты должны держать для сплавов типа LiH и возможно другие сплавы типа? Литий.

Металлизация водорода в сжатии ударной взрывной волны

В марте 1996 группа ученых из Ливерморской национальной лаборатории сообщила, что они случайно производили, в течение приблизительно микросекунды при температурах тысяч kelvins, давлениях более чем миллиона атмосфер (> 100 Гпа) и плотность приблизительно 0,6 г/см, первый идентифицируемо металлический водород.

Команда не ожидала производить металлический водород, поскольку это не использовало твердого водорода, который, как думают, был необходим, и работало при температурах выше определенных теорией металлизации.

Предыдущие исследования, в которых твердый водород был сжат в алмазных наковальнях к давлениям до, не подтверждали обнаружимую металлизацию. Команда стремилась просто измерить менее чрезвычайные электрические изменения проводимости, которые, как ожидали, произойдут.

[attention type=red]

Исследователи использовали оружие легкого газа эры 1960-х, первоначально используемое в исследованиях управляемой ракеты, чтобы стрелять в пластину молотковой дробилки в запечатанный контейнер, содержащий образец один полумиллиметр толщиной жидкого водорода.

[/attention]

Жидкий водород был в контакте с проводами, приводящими к устройству, измеряющему электрическое сопротивление. Ученые нашли, что, поскольку давление повысилось до, электронная энергетическая ширина запрещенной зоны, мера электрического сопротивления, упала на почти ноль.

Запрещенная зона водорода в ее несжатом государстве о, делая его изолятором, но, поскольку давление увеличивается значительно, запрещенная зона постепенно падала на. Поскольку тепловая энергия жидкости (температура стала о должном к сжатию образца) была выше, водород можно было бы считать металлическим.

Другое экспериментальное исследование с 1996

Много экспериментов продолжаются в производстве металлического водорода в лабораторных условиях при статическом сжатии и низкой температуре.

Артур Руофф и Чандрэбхас Нэраяна из Корнелльского университета в 1998, и позже Пол Лубеир и Рене Летуллек от Commissariat à l'Énergie Atomique, Франция в 2002, показали, что при давлениях близко к тем в центре Земли (3.

2 к 3,4 миллионам атмосфер или 324 — 345 Гпа) и температуры 100–300 K, водород все еще не истинный щелочной металл из-за ширины запрещенной зоны отличной от нуля. Поиски, чтобы видеть металлический водород в лаборатории при низком температурном и статическом сжатии продолжаются.

Исследования также продолжающиеся на дейтерии. В 2004 Шэхриэр Бэдии и Леиф Холмлид из университета Гетеборга показали, что сжатые металлические государства, сделанные из взволнованных водородных атомов (вопрос Rydberg), являются эффективными покровителями к металлическому водороду.

Результаты эксперимента в 2008

Теоретически предсказанный максимум тающей кривой (предпосылка для жидкого металлического водорода) был обнаружен Санти Деемйядом и Исааком Ф.

Сильверой при помощи пульсировавшего лазерного нагревания. Богатый водородом молекулярный SiH, как утверждали, металлизировался и становился сверхпроводимостью М.И. Эреметсом и др.

Однако, это требование оспаривается, и их результаты не были повторены.

Металлизация водорода в 2011

В 2011 Eremets и Троян сообщили о наблюдении жидкого металлического государства водорода и дейтерия при статических давлениях 260-300 Гпа. Это требование было подвергнуто сомнению другими исследователями в 2012.

Астрофизика

Жидкий металлический водород, как думают, присутствует в большом количестве в гравитационно сжатых интерьерах Юпитера, Сатурна, и некоторые недавно обнаруженные extrasolar планеты.

См. также

• График времени водородных технологий

Металлический водород

Металли́ческий водоро́д — совокупность фазовых состояний водорода, находящегося при крайне высоком давлении и претерпевшего фазовый переход.

Металлический водород представляет собой вырожденное состояние вещества и, по некоторым предположениям, может обладать некоторыми специфическими свойствами — высокотемпературной сверхпроводимостью и высокой удельной теплотой фазового перехода.

Предсказан теоретически в 1935 году, впервые синтезирован в лабораторных условиях в 1996 году в Ливерморской национальной лаборатории. Время существования металлического водорода было очень недолгим — около одной микросекунды. В 2017 году учёными из Гарварда был получен образец стабильного металлического водорода[1].

История исследований[ | ]

В 1930-х годах британский ученый Джон Бернал предположил, что атомарный водород, состоящий из одного протона и одного электрона и представляющий собой полный аналог щелочных металлов, может оказаться стабильным при высоких давлениях[2]. В 1935 году Юджин Вигнер и X. Б. Хантингтон провели соответствующие расчёты.

Гипотеза Бернала нашла подтверждение — согласно полученным расчётам, молекулярный водород переходит в атомарную металлическую фазу при давлении около 250 тыс. атмосфер (25 ГПа) со значительным увеличением плотности[3]. В дальнейшем оценка давления, требуемого для фазового перехода, была повышена, но условия перехода всё же считаются потенциально достижимыми.

[attention type=green]

Предсказание свойств металлического водорода ведётся теоретически. Попытки получения, начатые в 1970-х годах, привели к возможным эпизодам водорода в 1996, 2008 и 2011 году, пока, наконец, в 2017 году профессор Айзек Сильвера и его коллега Ранга Диас не добились получения стабильного образца при давлении 5 млн атмосфер[4][5][2].

[/attention]

Однако, камера где хранился образец, под давлением разрушилась и образец был потерян.

Переход в металлическую фазу[ | ]

При увеличении внешнего давления до десятков ГПа коллектив атомов водорода начинает проявлять металлические свойства.

Ядра водорода (протоны) сближаются друг с другом существенно ближе боровского радиуса, на расстояние, сравнимое с длиной волны де Бройля электронов.

Таким образом, сила связи электрона с ядром становится нелокализованной, электроны слабо связываются с протонами и формируют свободный электронный газ так же, как в металлах.

Жидкий металлический водород[ | ]

Жидкая фаза металлического водорода отличается от твердой фазы отсутствием дальнего порядка. Имеется дискуссия о допустимом диапазоне существования жидкого металлического водорода.

В отличие от гелия-4, жидкого при температуре ниже 4,2 K и нормальном давлении благодаря нулевой энергии нулевых колебаний, массив плотно упакованных протонов обладает значительной энергией нулевых колебаний. Соответственно, переход от кристаллической фазы к неупорядоченной ожидается при ещё более высоких давлениях. Исследование, проведенное Н.

Ашкрофтом, допускает область жидкого металлического водорода при давлении около 400 ГПа и низких температурах[6][7]. В других работах Е. Бабаев предполагает, что металлический водород может представлять собой металлическую сверхтекучую жидкость.[8][9]

Сверхпроводимость[ | ]

В 1968 году Нил Эшкрофтen предположил, что металлический водород может обладать сверхпроводимостью при сравнительно высоких температурах.[10]

Более точные расчёты[11] (Н. А. Кудряшов, А. А. Кутуков, Е. А. Мазур, Письма ЖЭТФ, т.104, вып. 7, 2016, с.

488) показали, что критическая температура металлического водорода в фазе I41/AMD, той самой, которая изучалась[4] Рангой Диас и Иcааком Сильверой при давлении в 5 миллионов атмосфер, дает величину температуры перехода в сверхпроводящее состояние 215 кельвинов, то есть −58 градусов по Цельсию.

Металлизация водорода ударным сжатием в 1996 году[ | ]

В 1996 году Ливерморская национальная лаборатория сообщила, что в ходе исследований были созданы условия для металлизации водорода и получены первые свидетельства его возможного существования[12]. Кратковременно (около 1 мс) было достигнуто давление более 100 ГПа ( 10 6 {displaystyle 10{6}} атм.

), температура порядка тысяч кельвинов при плотности вещества около 600 кг/м3[13].

Поскольку предыдущие опыты по сжатию твердого водорода в ячейке с алмазными наковальнями до 250 ГПа не дали результата, целью эксперимента не было получение металлического водорода, а только изучение проводимости образца под давлением.

Однако, по достижении 140 ГПа электрическое сопротивление практически исчезло. Ширина запрещенной зоны водорода под давлением составила 0.3 эВ, что оказалось сравнимо с тепловой энергией k T {displaystyle kT} , соответствующей 3000 К и что свидетельствует о переходе «полупроводник — металл».

Исследования после 1996 года[ | ]

Продолжались попытки перевести водород в металлическое состояние статическим сдавливанием при низких температурах. А. Руофф и Ч. Нараяна (Корнеллский университет, 1998)[14], П. Лоувьер и Р. Летуле (2002) последовательно приближались к давлениям, наблюдаемым в центре Земли (324—345 ГПа), но все же не наблюдали фазового перехода.

Эксперименты 2008 года[ | ]

Теоретически предсказанный максимум кривой плавления на фазовой диаграмме, указывающий на жидкую металлическую фазу водорода, был экспериментально обнаружен Ш. Деемьяд и И. Сильвера[15].Группа М. Ереметца заявила о переходе силана в металлическое состояние и проявление сверхпроводимости[16], но результаты не были повторены.[17][18]

Эксперименты 2011 года[ | ]

В 2011 году было сообщено о наблюдении жидкой металлической фазы водорода и дейтерия при статическом давлении 260—300 ГПа.[19], что вновь вызвало вопросы в научном сообществе[20].

Эксперименты 2015 года[ | ]

26 июня 2015 году в журнале Science была опубликована статья, в которой описан успешный эксперимент группы исследователей из Сандийских национальных лабораторий (США) совместно с группой из Ростокского университета (Германия) по сжатию жидкого дейтерия (тяжёлого водорода) с помощью Z-Машины до состояния, которое проявляет свойства металла[21].

Эксперименты 2016 года[ | ]

В июле 2016 физикам из Гарвардского университета удалось получить в лаборатории металлический водород.В своей лаборатории физики наблюдали, как происходит превращение водорода из жидкого диэлектрика в жидкий металл.

Чтобы довести вещество до такого состояния, его зажали между двух кончиков алмаза, размер которых не превышал 100 микронов, и нагрели с помощью коротких вспышек лазера, интенсивность которых каждый раз возрастала.

Исследователи довели водород до температуры около 1900 градусов Цельсия и подвергли его давлению в 1,1-1,7 мегабар.

В результате, ученым, как им показалось, удалось зарегистрировать переход водорода в состояние жидкого металла. Это событие наблюдалось не напрямую, так как вещество переходит в другое состояние за доли секунды, а потом так же быстро разрушается. Вместо этого ученые наблюдали за изменением коэффициента пропускания и отражения.

В некотором смысле водород резко перешел из прозрачного, как стекло, состояния в состояние блестящего металла, который, как и медь или золото, отражал свет

 — комментирует один из авторов работы.

Научное сообщество скептически отнеслось к данной новости[22], ожидая повторного эксперимента[23].

Эксперимент физиков помогает объяснить, какие процессы могут происходить в недрах газовых гигантов. Кроме того, ученые предполагают, что в будущем металлический водород сможет быть использован в качестве ракетного топлива или как сверхпроводник, способный существовать при комнатной температуре.[24]

Астрофизика[ | ]

Считается, что большие количества металлического водорода присутствуют в ядрах планет-гигантов — Юпитера, Сатурна и крупных экзопланет. Благодаря гравитационному сжатию под газовым слоем должно находиться ядро из металлического водорода.

Топливные элементы[ | ]

Метастабильные соединения металлического водорода перспективны как компактное, эффективное и чистое топливо. При переходе металлического водорода в обычную молекулярную фазу высвобождается в 20 раз больше энергии, чем при сжигании смеси кислорода и водорода — 216 МДж/кг[25].

Примечания[ | ]

1. ↑ В США ученые провели эпохальный опыт. Они получили металлический водород / Наука / Независимая газета
2. ↑ 12Сергей Стишов. Практическое использование металлического водорода следует отнести к научной фантастике // Коммерсантъ Наука, № 1, 24 февраля 2017
3. ↑ Wigner, E.; Huntington, H.B.

   On the possibility of a metallic modification of hydrogen (англ.) // Journal of Chemical Physics. — 1935. — Vol. 3, no. 12. — P. 764. — DOI:10.1063/1.1749590.

4. ↑ 12Ranga P. Dias, Isaac F. Silvera. Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen (англ.) // Science. — 2017-01-26. — P. eaal1579.

    — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203. — DOI:10.1126/science.aal1579.

5. ↑ In, Geology. Scientists Have Finally Created Metallic Hydrogen, Geology IN. Проверено 28 января 2017.
6. ↑ Ashcroft N. W. The hydrogen liquids (англ.) // Journal of Physics: Condensed Matter. — 2000. — Vol. 12, no. 8A. — P. A129. — DOI:10.1088/0953-8984/12/8A/314.

7. ↑ Bonev S.A., et al. A quantum fluid of metallic hydrogen suggested by first-principles calculations (англ.) // Nature. — 2004. — Vol. 431, no. 7009. — P. 669. — DOI:10.1038/nature02968. — arXiv:cond-mat/0410425.
8. ↑ Babaev E., Ashcroft N. W. Violation of the London law and Onsager–Feynman quantization in multicomponent superconductors (англ.

   ) // Nature Physics. — 2007. — Vol. 3, no. 8. — P. 530. — DOI:10.1038/nphys646. — arXiv:0706.2411.

9. ↑ Babaev E., Sudbø A., Ashcroft N. W. A superconductor to superfluid phase transition in liquid metallic hydrogen (англ.) // Nature. — 2004. — Vol. 431, no. 7009. — P. 666. — DOI:10.1038/nature02910. — arXiv:cond-mat/0410408.
10. ↑ Ashcroft, N.W.

    Metallic Hydrogen: A High-Temperature Superconductor? (англ.) // Physical Review Letters. — 1968. — Vol. 21, no. 26. — P. 1748. — DOI:10.1103/PhysRevLett.21.1748.

11. ↑ N. A. Kudryashov, A. A. Kutukov, E. A. Mazur. Critical temperature of metallic hydrogen at a pressure of 500 GPa (англ.) // JETP Letters. — 2016-12-14. — Vol. 104, iss. 7. — P. 460–465.

     — DOI:10.1134/S0021364016190061.

12. ↑ Weir S. T., Mitchell A. C., Nellis W. J. Metallization of fluid molecular hydrogen at 140 GPa (1.4 Mbar) (англ.) // Physical Review Letters. — 2004. — Vol. 76, no. 11. — P. 1860. — DOI:10.1103/PhysRevLett.76.1860.
13. ↑ Nellis, W. J. Metastable Metallic Hydrogen Glass.

    Lawrence Livermore Preprint UCRL-JC-142360 (2001). — «minimum electrical conductivity of a metal at 140 GPa, 0.6 g/cm3, and 3000 K».

14. ↑ Ruoff A. L., et al. Solid hydrogen at 342 GPa: No evidence for an alkali metal (англ.) // Nature. — 1998. — Vol. 393, no. 6680. — P. 46. — DOI:10.1038/29949.
15. ↑ Deemyad S., Silvera I. F.

    The melting line of hydrogen at high pressures (англ.) // Physical Review Letters. — 2008. — Vol. 100, no. 15. — DOI:10.1103/PhysRevLett.100.155701. — arXiv:0803.2321.

16. ↑ Eremets M. I., et al. Superconductivity in hydrogen dominant materials: Silane (англ.) // Science. — 2008. — Vol. 319, no. 5869. — P. 1506–9. — DOI:10.1126/science.1153282.

17. ↑ Degtyareva O. Formation of transition metal hydrides at high pressures (англ.) // Solid State Communications. — 2009. — Vol. 149, no. 39—40. — DOI:10.1016/j.ssc.2009.07.022. — arXiv:0907.2128v1.
18. ↑ Hanfland M., Proctor J., Guillaume C. L., et al. High-Pressure Synthesis, Amorphization, and Decomposition of Silane (англ.

    ) // Physical Review Letters. — 2011. — Vol. 106, no. 9. — DOI:10.1103/PhysRevLett.106.095503.

19. ↑ Eremets M. I., Troyan I. A. Conductive dense hydrogen (англ.) // Nature Materials. — 2011. — No. 10. — P. 927–931. — DOI:10.1038/nmat3175.
20. ↑ Nellis W. J., Ruoff A., Silvera I. F. Has Metallic Hydrogen Been Made in a Diamond Anvil Cell? (англ.

    ) // arxiv.org. — 2012. — arXiv:http://arxiv.org/abs/1201.0407.

21. ↑ M. D. Knudson, M. P. Desjarlais, A. Becker, R. W. Lemke, K. R. Cochrane, M. E. Savage, D. E. Bliss, T. R. Mattsson, R. Redmer. Direct observation of an abrupt insulator-to-metal transition in dense liquid deuterium (англ.) // Science. — 26 June 2015. — Vol. 348, no. 6242. — P. 1455—1460.

     — DOI:10.1126/science.aaa7471.

22. ↑ Physicists doubt bold report of metallic hydrogen : Nature News & Comment
23. ↑ There's Reason To Be Skeptical About Metallic Hydrogen
24. ↑ Физики получили частицу Юпитера на Земле
25. ↑ Silvera, Isaac F. Metallic Hydrogen: A Game Changing Rocket Propellant. NIAC SPRING SYMPOSIUM (27 марта 2012).

     — «Recombination of hydrogen atoms releases 216 MJ/kg Hydrogen/Oxygen combustion in the Shuttle releases 10 MJ/kg … density about 12-13 fold». Проверено 13 мая 2012.

Что такое металлический водород?

Металлический водород — это разновидность вещества, фаза водорода, которая возникает при достаточном сжатии, ведет себя как электрический проводник.

Эта фаза была предсказана в 1935 году Юджином Вигнером и Хиллардом Беллом Хантингтоном и с тех пор производство металлического водорода в лаборатории было названо «святым Граалем физики высокого давления». Металлический водород будет жидким даже при очень низких температурах.

При высоких давлениях и температурах металлический водород может существовать в виде жидкости, а не твердого тела, и исследователи считают, что он присутствует в больших количествах в горячих и гравитационно сжатых недрах Юпитера, Сатурна и некоторых внесолнечных планет.

Металлический водород

Твердое вещество. Жидкость. Газ. Материалы, которые окружают нас в нашем обычном, повседневном мире, делятся на три аккуратных лагеря. Нагрейте твердый куб воды (лёд), и когда он достигнет определенной температуры, то переходит в фазу жидкости. Продолжайте проворачивать тепло и в конце концов, у вас будет газ: водяной пар.

Каждый элемент и молекула имеют свою «фазовую диаграмму», карту того, что вы должны ожидать, если примените к ней определенную температуру и давление.

Диаграмма уникальна для каждого элемента, потому что она зависит от точной атомно-молекулярной компоновки и того, как она взаимодействует с собой в различных условиях.

Поэтому ученым нужно изучать эти диаграммы посредством трудных экспериментов и тщательной теории.

[attention type=yellow]

Когда речь заходит о водороде, мы обычно не сталкиваемся с этим вообще, за исключением случаев, когда он подпитывается кислородом, чтобы сделать более привычную воду.

[/attention]

Даже когда мы получаем чистый водород — он соединяется как двухатомная молекула, почти всегда как газ.

Если вы заманили водород в бутылку и довели его температуру до минус 240 градусов Цельсия, водород станет жидким, а при минус 259 градусов C становится твердым.

Вы могли бы подумать, что на противоположном конце температурной шкалы горячий газ водорода останется … горячим газом. И это правда, если давление будет низким. Но сочетание высокой температуры и высокого давления приводит к некоторому интересному поведению.

Погружаясь в Юпитер

На Земле, как мы видели, поведение водорода простое. Но Юпитер — это не Земля, и водород, найденный в изобилии внутри под большими облаками и завихряющимися штормами его атмосферы может быть вытеснен за пределы его обычных пределов.

Погружаясь глубоко под видимую поверхность планеты, давление и температура резко возрастают, и газообразный водород медленно уступает место слою сверхкритического газожидкостного гибрида.

Из-за этих экстремальных условий водород не может окунуться в узнаваемое состояние.

Слишком жарко, чтобы оставаться жидкостью, но при слишком большом давлении свободно плавать в качестве газа — это новое состояние материи.

Погружаясь глубже, водород становится еще более странным

Даже в своем гибридном состоянии, в тонком слое расположенном под вершинами облаков, водород все еще подпрыгивает, как двухатомная молекула. Но при достаточном давлении (скажем, в миллион раз более интенсивном, чем давление воздуха на Земле на уровне моря) даже те связи молекул недостаточно сильны, чтобы противостоять подавляющим сжатиям.

Ниже, примерно 13 000 км под вершинами облаков, представляет собой хаотическую смесь свободных ядер водорода, которые представляют собой только одиночные протоны, смешанные с освобожденными электронами.

Вещество возвращается к жидкой фазе, но то, что делает водород водородом, теперь полностью дезасолируется в его составные части.

[attention type=red]

Когда это происходит при очень высоких температурах и низких давлениях, мы называем это плазмой — то же самое, что и основная часть солнца или молнии.

[/attention]

Но в глубинах Юпитера давление приводит к тому, что водород ведет себя по-другому чем плазма. Вместо этого он приобретает свойства, более похожие на свойства металла. Следовательно: жидкий металлический водород.

Свойства металлического водорода

Большая проблема состоит в том, что металлический водород не является типичным металлом. У разнородных металлов есть специальная решетка ионов, встроенных в море свободноплавающих электронов. Но урезанный атом водорода — это всего лишь один протон и нет ничего, что протон мог бы сделать, чтобы построить решетку.

Когда вы сжимаете металлический стержень, вы пытаетесь сблизить блокирующие ионы. Электростатическое отталкивание обеспечивает всю опору, чтобы металл был сильным. Но протоны подвешены в жидкости? Как жидкий металлический водород внутри Юпитера поддерживает вес атмосферы над ним?

Ответ — это давление вырождения, квантово-механическая причуда вещества в экстремальных условиях.

Исследователи считали, что крайность может быть найдена только в экзотических, ультранизких средах, таких как белые карлики и нейтронные звезды.

Даже когда электромагнитные силы перегружены, одинаковые частицы, такие как электроны, могут быть сжаты так плотно вместе — они отказываются разделять одно и то же квантовомеханическое состояние.

Другими словами, электроны никогда не будут разделять один и тот же уровень энергии, а это означает, что они будут накапливаться друг на друге, никогда не приближаясь, даже если вы очень сильно нажимаете.

Другой способ взглянуть на ситуацию — через так называемый принцип неопределенности Гейзенберга: если вы попытаетесь зафиксировать положение электрона, нажав на него, его скорость может стать очень большой, что приведет к силе давления, которая сопротивляется дальнейшему сжатию.

Итак, внутренность Юпитера странная — суп из протонов и электронов, нагретый до температур выше, чем у поверхности Солнца, страдает от давления в миллионы раз сильнее, чем на Земле, и вынужден раскрыть их истинную квантовую природу.

Жмите кнопку «» в соцсетях, чтобы не потерять информацию