Sonoluminescens

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 20. oktober 2020; checks kræver 2 redigeringer .

Sonoluminescens  er fænomenet med udseendet af et lysglimt under kollapset af kavitationsbobler genereret i en væske af en kraftig ultralydsbølge . En typisk oplevelse for at observere sonoluminescens er som følger: en resonator anbringes i en beholder med vand, og en stående sfærisk ultralydsbølge skabes i den. Med tilstrækkelig ultralydseffekt opstår der en lys punktkilde af blåligt lys i selve midten af ​​tanken - lyden bliver til lys.

Historie og tidlig forskning

På trods af det faktum, at fænomenet først blev observeret tilbage i 1930'erne , var mekanismen for sonoluminescens fuldstændig uforståelig i lang tid. Dette skyldes det faktum, at der i de første eksperimenter kun var enkelte og ret svage blink var synlige, det vil sige, hele denne tid var det ikke muligt at finde de optimale betingelser for begyndelsen af ​​sonoluminescens.

I 1990'erne dukkede installationer op, der gav skarpt, kontinuerligt, stabilt sonoluminescerende lys. Som et resultat blev det muligt at studere sonoluminescerende lys ikke ved hjælp af fotografiske film (det vil sige ved at akkumulere lys over en lang periode), men i realtid, med fremragende tidsmæssig og rumlig opløsning. Eksperimenter har vist, at den sonoluminescerende glød er resultatet af følgende cyklus:

Fra den fysiske intuitions synspunkt har sonoluminescens en række paradoksale egenskaber.

Det var spektret, der blev den største anstødssten i forsøg på at forklare fænomenet. Hvis sonoluminescerende lys er af termisk oprindelse, er det nødvendigt at forklare, hvordan ultralyd opvarmer vand til sådanne temperaturer. Hvis høje temperaturer ikke har noget med det at gøre, hvad er så oprindelsen af ​​lys generelt?

Enkelt og multiboble sonoluminescens

I 1990'erne blev fænomenet multi -boble sonoluminescens opdaget . Det opstår, hvis betingelserne for kavitation skabes ikke på et punkt, men i et ret stort område, i størrelsesordenen en centimeter eller mere. I dette tilfælde fødes og kollapser kontinuerligt mange separate bobler, som interagerer, forener, kolliderer med hinanden. I modsætning til denne tilstand er den centrale bobletilstand beskrevet ovenfor blevet kaldt single-boble sonoluminescens .

Med multiboble sonoluminescens er gløden svagere og har et helt andet spektrum. Nemlig individuelle emissionslinjer er tydeligt sporet og endda domineret i spektret; for eksempel er emissionslinjen for det exciterede neutrale radikal OH* ved 310 nm tydeligt synlig. Desuden, hvis nogle stoffer er opløst i vand, så optræder deres emissionslinjer også i spektret [1] . Alt dette vidner uigendriveligt til fordel for, at gløden i multiboble sonoluminescens er af termisk oprindelse. Afhængigt af de specifikke forhold var temperaturen i det lysende område under multiboble sonoluminescens 2000-5000 Kelvin [2] .

Den skarpe forskel mellem spektrene af enkelt- og multi-boble sonoluminescens førte til fremkomsten af ​​det synspunkt, at vi taler om helt forskellige fænomener. Men i begyndelsen af ​​2000'erne dukkede papirer op, hvor der blev fundet en glidende overgang mellem disse to sonoluminescensregimer [3] . Efter disse værker blev det klart, at sonoluminescens med en enkelt boble også har en termisk karakter, og dets mystiske spektrum forklares af for høj temperatur og tryk under kollapset af en sfærisk symmetrisk boble, således at individuelle exciterede radikaler fjerner excitation på en kollisionsmåde og har ikke tid til at fremhæve en foton [4] .

Teoretisk model

Så hvis lysets natur er termisk, er det nødvendigt at forklare, hvordan så høje temperaturer opnås.

Det menes i øjeblikket, at vandopvarmning sker som følger.

Schwinger model

En usædvanlig forklaring på sonoluminescenseffekten, på grund af Schwinger [5] , er baseret på overvejelserne om ændringer i vakuumtilstanden af ​​det elektromagnetiske felt i boblen i færd med hurtigt at ændre formen på sidstnævnte set fra et synspunkt tæt på det, der normalt bruges, når man beskriver Casimir-effekten , når vakuumtilstanden af ​​det elektromagnetiske felt betragtes i en flad kondensator, afhængigt af grænsebetingelserne bestemt af pladerne. (Se også Unruh-effekten ). Denne tilgang blev udviklet mere detaljeret i Claudia Eberleins arbejde [6] [7] .

Hvis dette er sandt, så er sonoluminescens det første eksempel, hvor stråling forbundet med en ændring i vakuumtilstanden observeres direkte eksperimentelt.

Der er blevet fremført argumenter for, at sonoluminescens er forbundet med omdannelsen af ​​for meget energi på for kort tid til at være i overensstemmelse med ovenstående forklaring [8] . Andre troværdige kilder hævder dog, at vakuumenergiforklaringen stadig kan være korrekt [9] .

Anvendelser af sonoluminescens

Ud over den rent videnskabelige interesse, der er forbundet med at forstå en væskes adfærd under sådanne forhold, kan forskning i sonoluminescens også have anvendte anvendelser. Lad os liste nogle af dem.

Se også

Noter

  1. ↑ TJ Matula, RA Roy, PD Mourad, WB McNamara, KS Suslick. Sammenligning af multiboble og single-bubble sonoluminescensspektre   // Phys . Rev. Lett. . - 25. september 1995. - Bd. 75, nr. 13 . - S. 2602-2605. — ISSN 0031-9007 .
  2. ↑ WB McNamara, YT Didenko, KS Suslick. Sonoluminescenstemperaturer under multi-boble kavitation  (engelsk)  // Nature . - 21. oktober 1999. - Nej. 401 . - s. 772-775. — ISSN 0028-0836 . Arkiveret fra originalen den 15. maj 2010.
  3. ↑ O. Baghdassarian, H.-C. Chu, B. Tabbert, G.A. Williams. Spektrum af luminescens fra laserskabte bobler i vand   // Fysisk . Rev. Lett. . - 21. maj 2001. - Bd. 86, nr. 21 . - P. 4934-4937. — ISSN 0031-9007 .
  4. ↑ K. Yasui. Enkeltboble- og multiboblesonoluminescens   // Fysisk . Rev. Lett. . - 22. november 1999. - Bd. 83, nr. 21 . - P. 4297-4300. — ISSN 0031-9007 .
  5. ↑ Julian Schwinger . Cold fusion theory: A short history of mine  (engelsk)  // Infinite Energy . - marts-april 1995. - Bd. 1, nr. 1 . - S. 10-14. — ISSN 1081-6372 . Arkiveret fra originalen den 25. september 2008.
  6. ↑ Claudia Eberlein. Sonoluminescens som kvantevakuumstråling   // Fysisk . Rev. Lett. . - 3. maj 1996. - Bd. 76, nr. 20 . - s. 3842-3845. — ISSN 0031-9007 .
  7. ↑ Claudia Eberlein. Teori om kvantestråling observeret som sonoluminescens   // Phys . Rev. A. _ - April 1996. - Bd. 53, nr. 4 . - P. 2772-2787. — ISSN 1050-2947 . (Se også på arXiv.org Arkiveret 21. juni 2022 på Wayback Machine )
  8. ↑ Kimball A. Milton. Dimensionelle og dynamiske aspekter af Casimir-effekten: Forståelse af virkeligheden og betydningen af ​​vakuumenergi  (engelsk)  : fortryk. — arXiv.org , 21. september 2000.
  9. ↑ S. Liberati, F. Belgiorno, M. Visser. Kommentar til "Dimensionale og dynamiske aspekter af Casimir-effekten: forståelse af virkeligheden og betydningen af ​​vakuumenergi  " . — arXiv.org , 17. oktober 2000. Arkiveret fra originalen den 29. januar 2022.

Litteratur

Links