(Nanowerkニュース) ダルムシュタットの物理学者は、材料の老化プロセスを研究しています。彼らは初めて、ガラス内の体内時計の時を刻む様子を測定した。データを評価したところ、驚くべき現象が発見されました。日常生活において、私たちは時間を一方向のみとして経験します。カップが床に叩きつけられ、その後自然に元に戻るのを見た人がいるだろうか？動きを記述する公式は時間の方向に関係なく適用されるため、物理学者にとって、これはすぐには自明ではありません。たとえば、振り子が妨げられずに揺れるビデオは、振り子が逆向きに動いてもまったく同じように見えます。私たちが日常的に経験する不可逆性は、さらなる自然法則、つまり熱力学の第二法則を通じてのみ影響を及ぼします。これは、システム内の無秩序が絶えず増大していることを示しています。しかし、もし砕かれたカップが再び組み立てられれば、その乱れは減少するだろう。材料の老化はガラスの粉砕と同じように不可逆的であると考えるかもしれません。しかし、ダルムシュタットの物理学者たちは、ガラスやプラスチック内の分子の動きを研究する際に、これらの動きは特定の視点から見ると時間可逆性があることを発見しました。ダルムシュタット工科大学凝縮物物理学研究所のティル・ベーマー率いるチームは、その結果を次の論文で発表した。 自然物理学 (「材料の老化における時間可逆性」). ガラスやプラスチックは分子の絡み合いで構成されています。 粒子は絶えず動いており、何度も新しい位置に滑り込みます。 彼らは、時間の経過とともに材料の特性が変化し、ガラスが老化する、より好ましいエネルギー状態を永続的に求めています。 ただし、窓ガラスなどの有用な材料では、これには数十億年かかる場合があります。 老化のプロセスは、いわゆる「物質的な時間」で説明できます。 次のように想像してください。材料には、研究室の壁の時計とは異なる動きをする内部時計があります。 材料内の分子がどれだけ早く再組織されるかに応じて、材料の時間は異なる速度で進みます。 しかし、この概念が約 50 年前に発見されて以来、物質的な時間を測定することに成功した人は一人もいません。 現在、ダルムシュタットの研究者らは、教授が率いる。 トーマス・ブロホヴィッツはこれを初めて実現した。 「それは大きな実験的な挑戦でした」とベーマー氏は言います。 分子の微細な変動は、超高感度ビデオカメラを使用して記録する必要がありました。 「分子が揺れ動くのをただ見ているだけではだめです」とブロホヴィッツ氏は付け加えた。 しかし、研究者たちはあることに気づきました。 彼らはガラス製のサンプルにレーザーを照射しました。 その中の分子が光を散乱させます。 散乱ビームが重なり合い、カメラのセンサー上に明暗の混沌としたパターンが形成されます。 統計的手法を使用すると、時間の経過とともに変動がどのように変化するか、つまり、材料の内部時計がどのくらいの速さで動くかを計算できます。 「これには非常に正確な測定が必要ですが、これは最先端のビデオカメラを使用した場合にのみ可能でした」とブロホヴィッツ氏は言います。 しかし、それは価値がありました。 デンマークのロスキレ大学の研究者らが協力した分子ゆらぎの統計解析では、いくつかの驚くべき結果が明らかになった。 物質時間の観点から見ると、分子の変動は時間可逆的です。 これは、振り子のビデオと同様に、マテリアルの時間が逆方向に進んでも変化しないことを意味します。振り子のビデオは、前後に再生しても同じように見えます。 「しかし、これは材料の老化を元に戻すことができるという意味ではありません」とベーマー氏は強調します。 むしろ、この結果は、物質時間の概念が物質の老化の不可逆的な部分全体を表現しているため、その概念が適切に選択されたことを裏付けています。 その時を刻む音は、その素材の時間の経過を体現します。 この時間スケールに関連して物質内で移動するその他すべてのものは、老化に寄与しません。 比喩的に言えば、子供たちが車の後部座席で遊び回っていても、車の動きには関与しないのと同じです。 ダルムシュタットの研究者らは、ガラスとプラスチックという 2 つのクラスの材料を調べ、モデル材料のコンピュータ シミュレーションを実行したところ、同じ結果が得られたことから、これは一般的に無秩序な材料に当てはまると考えています。 物理学者の成功は始まりにすぎません。 「これにより、私たちには答えのない疑問が山ほど残ります」とブロホヴィッツ氏は言います。 たとえば、観察された物質時間の可逆性が自然の物理法則の可逆性によるものであるか、物質ごとに体内時計の刻みがどのように異なるかなどは、まだ解明されていない。
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- 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64513.php
