Για περισσότερα από 200 χρόνια, οι φοιτητές φυσικής και οι λάτρεις των επιστημών μάθαιναν ότι ο πάγος γίνεται ολισθηρός εξαιτίας της πίεσης που ασκεί το βάρος ή της θερμότητας που δημιουργεί η τριβή. Η θεωρία αυτή, που διατυπώθηκε τον 19ο αιώνα από τον James Thompson, αδελφό του γνωστού Lord Kelvin, κυριάρχησε στα εγχειρίδια και τις πανεπιστημιακές αίθουσες. Παρά την απλότητά της, φαινόταν πειστική και εξηγούσε γιατί μπορούμε να κάνουμε σκι ή πατινάζ πάνω σε παγωμένες επιφάνειες. Όμως, μια γερμανική ερευνητική ομάδα ήρθε να αμφισβητήσει το δόγμα αυτό, προτείνοντας μια τελείως διαφορετική ερμηνεία του φαινομένου.
Η νέα εξήγηση
Ο Martin Müser, καθηγητής προσομοίωσης υλικών στο Saarland University, μαζί με τους Achraf Atila και Sergey Sukhomlinov, απέδειξαν ότι ούτε η πίεση ούτε η τριβή είναι υπεύθυνες για το γλίστρημα στον πάγο. Το «κλειδί» βρίσκεται, όπως εξηγούν, στις αλληλεπιδράσεις των μοριακών διπόλων, δηλαδή στις μικρές κατανομές φορτίου που εμφανίζονται όταν τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια σε ένα μόριο δεν κατανέμονται ομοιόμορφα.
Η δομή του πάγου κάτω από το σημείο πήξης είναι κανονική και κρυσταλλική, σταθερή και άκαμπτη. Ωστόσο, όταν μια σόλα παπουτσιού, ένα πέδιλο σκι ή μια λεπίδα παγοπέδιλου έρθει σε επαφή με την επιφάνεια, οι διπολικές αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στο υλικό και το παγωμένο πλέγμα σπάνε απότομα αυτή την τάξη.
Ένα χαοτικό στρώμα στην επιφάνεια
Αυτό που δημιουργείται είναι ένα υπερβολικά λεπτό, ασταθές και ακανόνιστο στρώμα, το οποίο μπορεί να μετατραπεί σε ημι-υγρή μεμβράνη. Είναι αυτή η λεπτή στρώση που προσδίδει στον πάγο την χαρακτηριστική αίσθηση της ολισθηρότητας.
Χάρη σε υπολογιστικές προσομοιώσεις τελευταίας γενιάς, οι ερευνητές μπόρεσαν να «δουν» τον μηχανισμό αυτό σε μικροσκοπικό επίπεδο. Ο Müser εξηγεί ότι οι δυνάμεις μεταξύ των διπόλων συγκρούονται σε τρεις διαστάσεις, προκαλώντας μια αδυναμία του συστήματος να διατηρήσει σταθερή δομή. Αυτή ακριβώς η αστάθεια δημιουργεί το ολισθηρό φιλμ που μας είναι τόσο γνώριμο.
Η ανατροπή στα ακραία κρύα
Ένα από τα πιο εντυπωσιακά συμπεράσματα της μελέτης αφορά τις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Μέχρι σήμερα πιστευόταν ότι κάτω από τους -40 °C ήταν πρακτικά αδύνατο να σχηματιστεί το υγρό στρώμα που επιτρέπει την ολίσθηση, καθιστώντας το σκι ή το πατινάζ αδύνατα. Οι Γερμανοί ερευνητές, όμως, έδειξαν ότι το στρώμα αυτό συνεχίζει να υπάρχει ακόμη και σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν. Στις συνθήκες αυτές, ωστόσο, γίνεται τόσο παχύρρευστο, παρόμοιο με μέλι, που δεν επιτρέπει το γλίστρημα. Δεν εξαφανίζεται, αλλά χάνει την πρακτική του λειτουργία.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters, ανοίγει τον δρόμο για νέες προσεγγίσεις σε ένα φαινόμενο που μπορεί να φαίνεται απλό, αλλά κρύβει σύνθετους φυσικούς μηχανισμούς. Το γεγονός ότι χρειάστηκε η υπολογιστική ισχύς του 21ου αιώνα για να ανατραπεί μια θεωρία του 19ου αιώνα δείχνει πώς η επιστήμη δεν παύει ποτέ να εξελίσσεται.
[via]
