Fizycy złamali 150‑letnią regułę faz Gibbsa. Ciało stałe, ciecz i gaz? To już nieaktualne
W ilu postaciach może jednocześnie występować woda? Licząca 150 lat reguła Gibbsa – fundament współczesnej termodynamiki – zakłada, że w ściśle określonych warunkach woda może być jednocześnie cieczą, lodem i gazem. Problem w tym, że to już nieaktualne, a podważenie reguły Gibbsa niesie ze sobą bardzo poważne następstwa.
Woda pod trzema postaciami, istniejąca w ściśle określonej temperaturze i ciśnieniu, była jednym z fundamentów reguły faz Gibbsa, ustalonej półtora wieku temu. Profesor Remco Tuinier z Instytutu Złożonych Układów Molekularnych stwierdził nawet, że "w tamtym czasie Albert Einstein nazwał termodynamikę Gibbsa jedyną teorią, której naprawdę ufał".
Zaufanie Einsteina zobowiązuje, jednak zespół badaczy z Eindhoven University of Technology i University Paris-Saclay zaobserwował zjawisko, które stawia pod znakiem zapytania 150-letnią teorię.
Podczas jednego z doświadczeń z wykorzystaniem roztworów koloidalnych naukowcy zauważyli, że używana w eksperymencie substancja przyjmuje w danym momencie nie trzy – co byłoby zgodne z regułą Gibbsa – ale cztery, a nawet pięć faz.
Reguła Gibbsa podważona
Uzyskali fazę gazową, dwie różniące się właściwościami fazy płynne i dwie fazy stałe. Co więcej, dotychczasowy punkt równowagi zakładał współistnienie dwóch zmiennych – temperatury i ciśnienia. Okazuje się, że można znaleźć jeszcze co najmniej dwie inne: długość cząstek w stosunku do ich średnicy, a także średnicę cząstki w stosunku do średnic innych cząstek w roztworze.
Odkrycie zespołu z Eindhoven jest tym bardziej doniosłe, że jest czymś więcej, niż tylko abstrakcyjną zabawą jajogłowych. Ma bardzo konkretne przełożenie na praktykę – możemy wyobrazić sobie choćby instalacje przemysłowe, w których przepompowuje się różne substancje.
Ciągle zbyt abstrakcyjne? To wyobraźmy sobie nowe metody pozycjonowania ciekłych kryształów w ekranach LCD. Albo wytwarzanie niektórych farb. Albo majonezów. Albo skuteczne usuwanie marznącej wody z dróg. W każdym z tych przypadków nowe odkrycie może usprawnić lub zmienić proces technologiczny.
Czas na weryfikację
Czy to oznacza, że podręczniki trzeba pisać od nowa? Nie tak szybko! Osiągnięcie jest bez wątpienia przełomowe, ale – na razie – stało się udziałem jednego zespołu badawczego, który opublikował swoje obserwacje w czasopiśmie "Physical Review Letters".
Teraz pole do popisu mają inni badacze, którzy muszą zweryfikować, czy ich koledzy po fachu nie popełnili jakiegoś błędu. A najlepiej, działając niezależnie, powtórzyć ich wyniki.
Na tym polega piękno nauki, że – nie odrzucając szerokiego spektrum możliwości – należy zdrowo wątpić i weryfikować. A zatem: zapowiada się przełom. Zanim jednak ogłosimy, że pan Josiah Willard Gibbs się pomylił, warto poczekać na potwierdzenie osiągnięcia przez innych naukowców.
