Скользкая правда: как диполи опровергли вековую «теорию падения»
Ученые наконец-то нашли истинную причину скользкого льда
Более ста лет классическое объяснение было таким же привычным, как и само зимнее падение: теплая подошва ботинка давит на лед, плавит его, создавая скользкую водяную пленку. Эта аксиома, казалось, не требовала доказательств.
Однако новое исследование из Саарландского университета совершило тихую революцию в физике, доказав, что мы ошибались все это время. Оказывается, причина ледяной скользкости кроется не в грубом механическом давлении, а в тонком и изящном танце молекулярных сил.
Работа профессора Мартина Мюзера и его коллег, опубликованная в авторитетном журнале Physical Review Letters, опровергает парадигму, установленную еще в XIX веке. Компьютерное моделирование продемонстрировало, что ключевую роль играет взаимодействие между молекулярными диполями — крошечными «магнитиками», имеющими положительный и отрицательный полюса.
Молекулы воды во льду выстроены в строгую кристаллическую решетку, а молекулы материала подошвы обладают своей собственной полярностью. Когда они встречаются, их диполи вступают во взаимодействие, которое физики называют «фрустрированным»: конкурирующие силы не могут прийти к стабильному состоянию, что приводит к хаосу на границе контакта.
Такая борьба на молекулярном уровне разрушает идеальный порядок кристалла, превращая верхний слой льда в неупорядоченную, аморфную и, в конечном счете, жидкую субстанцию.
Это открытие не просто исправляет учебники — оно развенчивает и другое давнее заблуждение. Считалось, что катание на лыжах при температуре ниже –40 °C невозможно из-за отсутствия смазки. Однако Мартин Мюзер утверждает, что дипольные взаимодействия работают даже при экстремальном холоде, близком к абсолютному нулю. Жидкая пленка все равно образуется, хотя ее консистенция будет напоминать вязкий мед, делая катание непрактичным, но с научной точки зрения факт остается фактом.
Дипольные взаимодействия сохраняются при экстремально низких температурах. Примечательно, что на границе между льдом и лыжами все еще образуется жидкая пленка — даже при температуре, близкой к абсолютному нулю», — говорит Мартин Мюзер.
Таким образом, для физики это различие имеет фундаментальное значение. Оно переносит объяснение из области механики в область квантовой химии и молекулярных взаимодействий, открывая новые горизонты для понимания поведения материи на границах раздела фаз.