1724 年の隕石は物理学の基本的な法則に疑問を投げかける

何世紀も前の隕石の破片から、幅広い温度範囲でほぼ同じ速度で熱を伝える固体シリカの形態が明らかになった。 その安定性は、固体がどのように振る舞うかについての最も単純な仮定の 1 つに疑問を投げかけ、結晶とガラスの間の長年の溝を曖昧にします。隕石の証拠 1724年にドイツに落下した鉄分が豊富な宇宙の石、シュタインバッハ隕石の内部に保存されていたシリカ粒子が、異常な挙動を示した。その断片を調べているのは、ミケーレ・シモンチェリ博士です。 コロンビア大学 大きな温度変動があってもほとんど変化しない熱の流れを文書化しました。この鉱物の測定により、その熱伝導率は極寒から室温をはるかに超える温度までほぼ一定に保たれることが示されました。このような安定性は固体ではまれであり、固体を分類するために使用されるよく知られたカテゴリーが不完全である可能性があることを示しています。通常、熱は一定に保たれます通常、固体が温まるにつれて熱の広がりが速くなったり遅くなったりするため、その変化はエンジニアがパフォーマンスを予測するのに役立ちます。エンジニアはこれを熱伝導率と呼んでいます。これは、固体がどれだけ熱を通しやすいかを表します。この特性に関して、クリスタルとガラスは逆方向に振れます。華氏約-316度から224度（摂氏-193度から107度）にわたって、隕石サンプルは熱の流れをほぼ平坦に保ちました。平らな曲線は、1 つの固体が厳格な原子秩序と緩やかな原子無秩序の間の通常のトレードオフを回避できることを示しました。隕石の中の奇妙なシリカ鉱物学者は隕石相をトリディマイトと呼びます。トリディマイトとは、ケイ素原子と酸素原子が結合して作られたシリカの一種です。その原子ネットワークは整然とした結晶のように並ぶのではなく、繰り返しのパターンを保ちながらも歪んだ角度を保っていました。原子のリングが繰り返されることで秩序が保たれますが、小さなねじれや曲がりにより、各リングが隣のリングとはわずかに異なります。この混合物は熱を運ぶ 2 つの競合する方法を確立し、測定によりそれらがどのようにバランスしているかを示しました。シリカ内で 2 つの経路が競合するきれいな結晶では、熱は調整された振動を通じて伝わり、通常、温度が高くなるとそれらの振動が散乱され、流れが減少します。ガラスの内部では、無秩序が長距離の移動を妨げたため、熱は局所的な振動の間を飛び越え、より多くの動きが満たされるにつれて上昇しました。隕石状のシリカでは、一方の経路は温暖化によって弱まり、もう一方の経路は強化され、全体はほとんど変化しませんでした。そのキャンセルは極寒から室温以上まで維持されるため、この材料は暖房サイクルが激しい場所にとって貴重なものとなった。テストされた予測2019年に遡ると、シモンチェリはクリスタルとガラスを同じ数学で扱う単一の方程式を構築しました。その枠組みから、このモデルは、結晶状とガラス状の熱輸送が相殺される可能性がある中間クラスの固体を予測しました。方程式が必要とする奇妙な構造を自然がすでに作っていたため、隕石トリディマイトが最もクリーンなテストとなった。この研究では、予測と測定を一致させることで、抽象的なアイデアをエンジニアが実際に使用できるガイドに変えました。極端な状況下で生まれた激しい加熱と急速な冷却は、原子を凍結させて、実験室の静かな融解状態では決して形成されないパターンを形成する可能性があります。研究チームは隕石サンプルと並行して、工業炉で使用される耐火性の耐熱性ライニング内のトリディマイト相を研究した。製鉄所では、これらのレンガは長時間の燃焼と突然の冷却に直面するため、安定した熱流により燃料の無駄を削減できます。宇宙の岩石や工場のレンガにも同じ挙動が見られることから、鍵は起源ではなく構造にあることが示唆されました。火星がコンテキストを追加火星でキュリオシティはトリディマイトを発見した ゲイルクレーター、惑星の赤道近くにある大きな衝突盆地。トリディマイトは通常、非常に高い熱で形成されるため、その存在により、研究者は火星の大部分が玄武岩（一般的な黒っぽい火山岩）でできていると再考するようになりました。シモンチェリ氏のチームは、こうしたハイブリッドな熱特性は、惑星の噴火方法だけでなく、惑星の冷却方法にも影響を与える可能性があると主張した。地質学者がこれらの相をさらに発見できれば、冷却モデルには岩石世界から熱がどのように逃げるかについて新たな仮定が必要になるかもしれません。炉には制御が必要です2023 年には、 鋼鉄 業界は世界中で粗鋼鋳造 1 トンあたり平均 1.92 トンの CO2 を排出しています。炉内では、耐火レンガが熱が鋼にどのように伝わるかを制御するため、その伝導率が燃料需要の設定に役立ちました。「私たちの発見は、耐火物の導電性を高め、炉の燃焼時間を短縮し、その結果として炭素排出量を削減する方法を明らかにしました」とシモンチェリ博士は書いています。この種のレンガを意図的に作るには、構造を厳密に制御する必要があり、あらゆる炉の化学反応に耐えられるとは限りません。真ん中のデザインほとんどの固体は加速または減速するため、材料設計者が熱流を安定に保つツールを入手することはほとんどありません。構造を完全なガラスに変えることなく原子の秩序を微調整することで、研究者はカスタムバランスを目指すことができます。大規模生産には依然として同じ内部構造を繰り返すレシピが必要であり、業界はそれが何年にもわたって安定しているかどうかをテストすることになります。たとえカテゴリーがあいまいなままであっても、この発見は、気温が大きく変動するときに熱を予測可能に保つという実用的な目標を提供します。新しい熱クラスのシリカ何世紀も前の隕石から現代の炉用レンガに至るまで、同じハイブリッド構造が条件を問わず熱挙動を安定させました。今後の研究では、この中間点に頼る前に、実験室で作成したサンプルと実際の炉での試験が必要になります。この研究は、 米国科学アカデミーの議事録。—–Eric Ralls と Earth.com が提供する無料アプリ、EarthSnap で私たちをチェックしてください。—– #年の隕石は物理学の基本的な法則に疑問を投げかける