Corpo completamente nero. Esperienza fisica divertente a casa

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Corpo completamente nero. Esperimenti fisici

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Quando si dice di un oggetto nero: "un oggetto di colore nero" è un'espressione sbagliata. Il nero non esiste. La parola "colore" non si applica al nero. L'oscurità è l'assenza di luce. Ma nel linguaggio colloquiale, chiamavamo il nero un colore.

In fisica esiste un concetto: "corpo assolutamente nero". Questo si riferisce a un corpo che non riflette affatto i raggi che cadono su di esso. Non esiste un tale corpo in natura, ma gli scienziati lo hanno creato artificialmente. E tu ed io possiamo realizzare un modello che dia un'idea del "corpo assolutamente nero".

In casa c'è sempre qualche scatolina di cartone o astuccio per profumo, meglio se cilindrico. La scatola dovrebbe avere un coperchio stretto. Dipingi l'interno e l'esterno della scatola con vernice nera (non lucida) in modo che si asciughi fino a ottenere una finitura nera opaca. Quindi, nella sua parte terminale, al centro del suo coperchio, fai un piccolo foro, delle dimensioni di una moneta da un centesimo. Questo buco darà l'impressione di un "corpo nero perfetto" - apparirà più nero delle aree esterne più nere della scatola. (Nella figura, per chiarezza, il corpo della scatola non è annerito.)

Corpo completamente nero

Perché funziona? Un raggio di luce, entrando in questo foro, cade sulla parete interna e ne viene riflesso. Verrà riflessa una piccolissima parte del raggio, poiché la parete interna è nera e assorbirà la maggior parte del raggio. La parte riflessa del raggio colpisce un'altra parete nera all'interno della scatola e viene riflessa di nuovo. Questo va avanti molte volte, con il raggio che si indebolisce ogni volta. E non c'è proprio niente da uscire. Pertanto, il buco sembra completamente nero.

Gli esperimenti con gli scienziati del "corpo assolutamente nero" attribuiscono grande importanza. Studiano la capacità di varie sostanze di assorbire ed emettere energia termica e luminosa. Per esperimenti scientifici, viene realizzato un cilindro di metallo con un foro. Il cilindro è molto caldo e speciali termometri mostrano la temperatura di riscaldamento. Il buco nel cilindro è il "corpo assolutamente nero". Quando è freddo, assorbe meglio i raggi luminosi, e quando il cilindro è molto caldo, il foro emette meglio sia i raggi luminosi che quelli termici.

Gli oggetti neri che ci circondano assorbono i raggi di calore molto più fortemente di quelli luminosi. Nel capitolo sul calore faremo alcuni esperimenti con l'assorbimento e l'emissione di calore.

Autore: Rabiza F.V.

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Simulatori quantistici analogici 13.02.2023

I computer classici non sono adatti a risolvere nuovi problemi fondamentali nel campo della fisica e non solo. In futuro, i computer quantistici universali e tolleranti agli errori possono aiutare gli scienziati in questo, ma non appariranno presto. Tuttavia, se il problema non può essere calcolato, perché non fare esperimenti? Un simulatore quantistico analogico può diventare un costruttore del mondo quantistico, che aiuterà a rivelare la fisica più misteriosa oltre la teoria.

I ricercatori della Stanford University negli Stati Uniti e dell'University College Dublin (UCD) in Irlanda hanno pubblicato un articolo sulla rivista Nature Physics in cui hanno parlato della creazione di un nuovo tipo di computer analogico altamente specializzato (più precisamente, un simulatore). Gli scienziati hanno presentato un elemento di un tale "computer": due componenti semiconduttori metallici di dimensioni nanometriche appositamente collegati integrati in un circuito elettronico.

La soluzione proposta imita l'interazione di due particelle elementari, in questo caso atomi ed elettroni. La simulazione è così profonda che il modello conserva tutte le proprietà quantistiche degli atomi dall'interazione interatomica alle proprietà fisiche delle particelle. Ridimensionando la piattaforma - costruendo la materia da atomo ad atomo, come un costruttore di blocchi Lego - si può ottenere la modellazione della materia con le proprietà date e osservare la sua reazione quando interagisce con altra materia e al cambiamento delle sue proprietà. Oggi non è possibile calcolarlo su un modello su larga scala e una tale simulazione è sulla spalla.

Ad esempio, i fisici teorici non vedono ancora schemi per una ricerca mirata di materiali per la superconduttività ad alta temperatura. I computer moderni non possono aiutarli nei loro calcoli, soprattutto perché devono cercare alla cieca. Modellare il comportamento della materia su simulatori quantistici analogici potrebbe aprire la strada a questo Santo Graal per l'energia e oltre. Questo metterà da parte la teoria e metterà alla prova molte idee nella pratica.

In realtà, i simulatori quantistici analogici di un nuovo tipo possono aiutare a passare a computer quantistici universali. Ad esempio, esiste l'idea di utilizzare tali quasiparticelle come parafermioni (gruppi di elettroni con un'interazione speciale) come qubit. Le cariche degli elettroni in questo stato (Z3) sono pari a 1/3 della carica normale. In condizioni di laboratorio, gli scienziati non hanno ancora creato tali particelle e il modello di simulatore proposto ha permesso di simularle dopo aver opportunamente regolato la tensione sugli elettrodi. In effetti, gli scienziati in laboratorio hanno creato materia che prima non esisteva in natura. E dopo tutto può essere studiato dopo quello!

"Portando un simulatore quantistico da due a molti componenti su scala nanometrica, speriamo di poter simulare sistemi molto più complessi che i computer moderni non sono in grado di gestire", ha affermato uno degli autori del lavoro. svelando alcuni dei misteri più enigmatici del nostro universo quantistico".

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