Ими была обнаружена уникальная жидкость, способная самовосстанавливать свою форму вопреки привычным представлениям о термодинамике. Эта загадочная субстанция, представляющая собой смесь масла, воды и микрочастиц никеля, подвергнутых намагничиванию, всякий раз принимает форму, удивительно напоминающую древнегреческую урну.

Всё началось с простого эксперимента. Аспирант Энтони Рейх, изучавший химию и инженерию полимеров, встряхивал колбу со смесью масла, воды и никелевых частиц, пытаясь создать эмульсию — состояние, при котором несмешивающиеся жидкости существуют в виде единой дисперсной системы. Однако вместо ожидаемого разделения на прозрачные слои, смесь вдруг приобрела устойчивую форму античной амфоры. Удивительнее всего было то, что даже после многократных попыток разрушить эту структуру встряхиванием, жидкость вновь и вновь восстанавливала свою необычную конфигурацию.

Профессор Томас Рассел, специалист в области полимерной науки и инженерии, участвовавший в исследовании, признаёт, что результаты эксперимента оказались более чем странными. Обычно при образовании эмульсий смеси несмешивающихся жидкостей, таких как масло и вода, стремятся минимизировать площадь поверхности раздела между ними — границу, на которой они соприкасаются.

Это явление строго подчиняется законам термодинамики, определяющим взаимосвязь температуры, тепловой энергии и работы в любых физических системах. В классических примерах эмульсий жидкости образуют сферические капли, поскольку такая форма обеспечивает минимальную площадь поверхности. Но греческая амфора имеет гораздо более сложную геометрию, а значит, и бо́льшую площадь поверхности, что казалось противоречащим фундаментальным принципам природы. Это несоответствие всерьёз озадачило учёных.

Детальный анализ необычного поведения смеси привёл исследователей к выводу, что ключевую роль здесь играет взаимодействие между частицами никеля. Именно они, по словам Рассела, "берут верх", создавая эффект, похожий на нарушение законов термодинамики.

Суть явления заключается в том, что никелевые частицы формируют так называемые магнитные диполи — каждый из них обретает два противоположных магнитных полюса, которые начинают притягиваться друг к другу. В результате на поверхности жидкости образуется сложная сеть "цепочек" из микрочастиц, которая и препятствует разделению эмульсии на слои. Как выяснилось, несмотря на то что изучение расслоения частиц в водно-масляных смесях проводилось и ранее, никто из учёных не ставил эксперимент в точно такой же конфигурации. Поэтому никому до этого момента не доводилось наблюдать столь необычную форму с повышенной межфазной энергией.

Парадоксально, но, как пояснил Рассел, на самом деле никакого настоящего противоречия законам термодинамики здесь нет. Просто в данном случае проявился весьма экзотический случай, когда магнитное взаимодействие частиц возымело решающее влияние на систему.

Это взаимодействие создало более высокую поверхностную энергию, что и выразилось в увеличении площади поверхности жидкости. Учёные подчёркивают, что законы термодинамики справедливы для систем в целом, но не всегда способны описать поведение отдельных частиц и их сложное взаимодействие. Таким образом, необычная "жидкость в форме урны" не опровергает физику, а лишь демонстрирует её удивительное многообразие.

Уточнения: Массачу́сетский технологи́ческий институ́т — университет и исследовательский центр, расположенный в Кембридже (пригороде Бостона), штат Массачусетс, США.