2-qism. Yer markaziga sayohat: ekstremal bosim ostida moddalarning xususiyatlari qanday o‘zgaradi? to’liq malumot oling

Maqolaning 1-qismini bu yerda o‘qing → sinaps.uz/maqola/14533

Metall vodorod

Vodorod ikki atomli gaz boʻlib, taxminan 20 Kelvin haroratda suyuladi. 14 Kelvinda u qattiqlashadi va panjara qismlarida joylashgan ikki atomli molekulalardan iborat kristalli faza hosil qiladi.

Tashqi bosim oshishi bilan bu panjara shakli asta-sekin buziladi. Bosim 3,25 million atmosferaga yetganda, vodorod atomlari orasidagi aloqa zaiflasha boshlaydi va sekinlik bilan uziladi. Nazariyotchilarning taxminiga koʻra, kimyoviy bogʻlanish uzilgandan soʻng vodorod oʻz xususiyatlarini tubdan oʻzgartiradi va elektr toki oʻtkazuvchisiga aylanadi. Bundan tashqari, bu holat ancha barqaror boʻlishi va bosim olib tashlanganida ham metall faza metastabil holatda davom etishi mumkin. Metall vodorod, shuningdek, yuqori haroratli (va hatto xona haroratida ), oʻta oʻtkazuvchanlikka ega moddadir.

Metall vodorodning yana bir muhim xususiyati, uning ulkan energiya sigʻimidir. Bu xususiyat ilmiy-fantast yozuvchilar tomonidan aniqlangan va asarlarda ishlatilgan. Misol uchun, Larri Nivenning kitobida tasvirlangan “moshkitlar” (“Xudoning koʻzidagi dogʻ” kitobidan) uni yoqilgʻi sifatida ishlatishgan. Greg Igan esa “Gloriya” asarida neytron va antineytronlarning qatlamli “ignalarini” yaratish uchun metall vodorod va antivodorod ishlatilgan tajribani tasvirlagan.

Nazariyotchilarning birinchi hisob-kitoblari shuni koʻrsatdiki, bunday oʻzgarish sodir boʻlishi uchun taxminan 250 ming atmosfera bosimi kerak, ammo tajriba bu taxminlarga oʻz tuzatishlarini kiritdi. Deyarli 80 yillik metall vodorodni sintez qilishga urinishlardan soʻng kerakli bosim 4–5 million atmosfera deb baholanmoqda. 2017-yil boshida Science jurnalida ushbu fantastik bosqichning birinchi sintezini tasvirlaydigan maqola nashr etildi va kerakli bosim 4,95 million atmosfera ekani aytildi. Biroq koʻplab fiziklar bunga shubha bilan qaraydi (1, 2).

Shu kabi tajribalarda boʻlgani kabi olimlar vodorodni olmos sandonida siqdi. Taxmin qilingan metall holatga oʻtish jarayoniga yaqin qolganda, namuna avval qorayib, keyin qizgʻish aks ettiruvchi materialga aylandi. Ammo uning metalligini faqat bilvosita isbotlash mumkin boʻldi va maqola nashr etilgandan bir oy oʻtgach, namuna butunlay yoʻqotildi. Bosimni taʼminlagan olmoslardan biri yuqori bosimga dosh berolmadi. Kamquvvat lazer bilan oʻtkazilgan tajriba paytida u past ovoz chiqargan holda shunchaki changga aylandi.

IX muzning kristall tuzilishi
Toʻqqizinchi muz

Bu modda koʻpchilik oʻquvchilarga Kurt Vonnegutning “Mushukning beshigi” kitobidan tanish. Fantastik toʻqqizinchi muzning kristallanish harorati 45,8 daraja Selsiy boʻlgan va oddiy suyuq suv bilan aloqa qilganda kristallanish markazi vazifasini bajargan. Shunga koʻra, agar toʻqqizinchi muzning kichik bir boʻlagi past haroratda suv bilan aloqaga kirishsa, suv ham butunlay qotib, toʻqqizinchi muzga aylanadi. Oxir-oqibat Vonnegutning kitobida toʻqqizinchi muz dunyo okeanlari bilan bogʻlangan suv omboriga tushib ketadi va bu katta falokatga olib keladi.

Vonnegut oʻz romanini yozgan paytda fiziklar suvning faqat sakkizta kristalli modifikatsiyasini bilgan xolos. Ulardan eng mashhuri olti burchakli boʻlib, undagi atomlar simmetriyasi tufayli qor parchalari olti burchakli koʻrinishga ega boʻladi. Pastroq haroratlarda olti burchakli muz kub shaklidagi muzga aylanadi. Bosim oshishi bilan simmetriya buziladi va tetragonal fazalar (kvadrat kesimli parallelepiped), shuningdek, monoklinik va trigonal fazalar hosil boʻladi.

Haqiqiy IX muz tetragonal kristall panjaraga ega. Bu yerda gʻayritabiiy darajada yuqori erish nuqtalari haqida gap boʻlishi mumkin emas. Ammo u faqat juda katta bosimlarda — ikkidan toʻrt minggacha atmosferada mavjud boʻlishi mumkin. Bu oddiy muzdan koʻra 25 foizga zichroq va Selsiy bo‘yicha minus 133 darajagacha barqaror boʻla oladi. IX muz metall vodorodning mavjudligi shartlaridan yiroqdir.

Lonsdeylitning kristall tuzilishi. Wikimedia commons
Superolmos (lonsdeylit)

Oʻta chidamli materiallar haqida gap ketganda, fantast yozuvchilar superolmosning har qanday shakllariga, boshqacha aytganda, superolmosga murojaat qiladi. Ular fazoviy kemalar uchun qoplama, boshqa sayyoralardagi shaharlar ustidagi gumbaz, oʻta kuchli qurol va boshqa koʻp narsalarni qurish uchun ishlatiladi. Ushbu material olmosning xususiyatlaridan bir necha barobar yuqori kuchga ega deya taxmin qilinadi.

Superolmosning haqiqiy namunasi bor va u lonsdeylit deb ataladi. Agar oddiy olmosning panjarasi kub shaklida boʻlsa, lonsdeylit olti burchakli simmetriyaga ega. Baʼzi maʼlumotlarga koʻra, u oʻzining mashhur “ukasi”ga qaraganda bir yarim baravar qattiqroq boʻlishi mumkin. Lonsdeylit tajribalarda 1967-yilda Kanyon Diablo meteoritida topilgan. Superolmos jismning Yerga urilishi paytida yuzaga keladigan katta bosim taʼsirida hosil boʻladi.

Yaqinda olimlar lonsdeylitning “tugʻilishini” takrorlashga muvaffaq boʻldi. Birinchi marta bunday tajribalar uchun fiziklar doimiy bosimga ega, odatiy olmos sandonidan emas, balki impulsli yuklamalardan foydalanildi.

Kimyoviy jihatdan lonsdeylit ham, olmos ham, grafit, fulleren va uglerod nanotrubalari kabi uglerod atomlaridan tashkil topgan boʻladi. Shuning uchun lonsdeylitni hosil qilishda fiziklar oson topiladigan grafitdan foydalangan. Gigavattli optik lazer yordamida ikki million atmosfera impulsli bosim yaratildi. Keyinchalik tadqiqotchilar lonsdeylit sintezini olmos sandon bilan takrorladi.

PSR B1509-58 raqamli neytron yulduz, “Xudoning qoʻli” tumanligi. NASA
Neytron moddasi

Oʻta yuqori bosim sharoitidagi materiallar haqida gapirilganda, yuzaga kelishi mumkin boʻlgan, eng ekstremal sharoitlarni – neytron yulduzlar markazidagi siqilishni oʻtkazib yubormaslik lozim. Neytroniy bu – gʻayrioddiy jismlar hosil boʻlgan, neytronlardan tashkil topgan materiya nomi. Odatda neytron moddasi juda beqaror boʻlib, uning yarimparchalanish davri taxminan 15 daqiqani tashkil etadi. Natijada elektronlar hosil boʻladi. Ularning bosimi moddani surib yuborishga harakat qiladi. Bu bosimga tortishish kuchi qarshi turadi, natijada katta tashqi bosim paydo boʻladi.

Neytron yulduzning materiya zichligidan uning hajmini taxminan aniqlash mumkin. Agar moddaning holati boʻyicha tenglama ideal gaz tenglamasiga mos kelsa, u holda yulduzdagi doimiy bosim taxminan 10/35 paskal yoki 10/30 atmosferani tashkil qiladi. Insoniyat erishgan rekordlar bilan taqqoslaganda, bu qiymat million, milliard marta koʻpdir.

Neytroniy fantastlar qurol yoki shunga oʻxshash uskuna uchun material sifatida koʻrib chiqadi. Zamonaviy olimlar faqat neytronlardan tashkil topgan, nisbatan barqaror zarralarni olishga harakat qilmoqda, ammo hozirda faqat tetraneytronlar haqida gapirish mumkin xolos. Ushbu qisqa muddatli jismlar toʻrtta bogʻlangan neytrondan iborat boʻladi. Ehtimol, bir kun kelib fizika neytron yulduzidagi materiya holatini oʻrganishi mumkin boʻlgan darajaga yetar. Ammo hozir ham yuqori bosim bilan bogʻliq boʻlgan gʻayrioddiy effektlar xilma-xilligini tushunish qiyin kechadi.

Muallif: Vladimir Korolyov. Ushbu maqola nplus1.ru saytidagi “Путешествие к центру Земли. Как меняются свойства материалов в условиях экстремального давления” nomli maqolaning tarjimasi.
Muqova surat: nplus1.ru