Вечный двигатель, вечный прыгатель: как капля масла оказалась сильнее притяжения Земли

Крошечная капля силиконового масла, безостановочно подпрыгивающая на поверхности слюды, стала новым достижением физиков. Эксперимент, опубликованный в Physical Review Letters, показал, что правильно подобранные вибрации позволяют жидкости вести себя удивительным образом. Это открывает новые возможности для химии, фармацевтики и даже исследований в области квантовой механики.

Первые открытия

Ещё в 2005 году учёные заметили, что на вибрирующей поверхности капля может прыгать почти бесконечно, если сохраняется тонкий слой воздуха. Но это работало только с жидкими подложками. В 2014 году Джон Колински из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) доказал, что и на твёрдой поверхности капля воды может подпрыгивать, но лишь на доли секунды.

"Вечный" танец капли

Теперь та же команда добилась эффекта почти бесконечного прыжка. Они использовали свежерасщеплённую пластинку слюды, гладкую на атомном уровне, и заставили её вибрировать с частотой до 180 Гц. Капля масла диаметром менее миллиметра подпрыгивала в течение 20 минут. Компьютерные модели показали, что вибрация накачивает систему энергией и поддерживает воздушный зазор под каплей.

Сложности эксперимента

По словам ведущего автора исследования Лебо Молефе, сборка установки занимает один день, но на настройку уходят недели и месяцы. Любое отклонение поверхности от горизонтального положения портило результат. На всё ушло два года.

"Связанное состояние просто поражает мой разум", — сказал физик Шмуэль Рубинштейн из Еврейского университета в Иерусалиме.

Новый режим капли

Интересно, что при увеличении частоты выше 90 Гц капля переставала подпрыгивать и оставалась на месте, меняя форму между двумя устойчивыми конфигурациями. Этот необычный режим поразил даже специалистов.

Потенциальные применения

Физик Мишель Дрисколл из Северо-Западного университета считает, что такие эффекты помогут работать с микроскопическими объемами жидкости без прикосновения к ним. Это важно для фармацевтики, где необходима стерильность.

Есть и другой ракурс: подпрыгивающая капля напоминает о квантовом дуализме "частица-волна". Хотя слюда не создаёт волн, некоторые учёные видят в таких экспериментах подсказку для изучения квантовой природы материи. Прикладной математик Джон Буш из Массачусетского технологического института даже предложил перевернуть задачу и заставить частицы слюды прыгать по поверхности воды.