Сосновые опилки помогли обнаружить аномальный гравитационный градиент температуры
Корейские физики сообщили об измерении градиента температуры в столбе воздуха, вызванного гравитацией. Чтобы уменьшить влияние окружения, ученые защитили контейнер с воздухом несколькими слоями термоизоляции, а для борьбы с конфекцией наполнили его сосновыми опилками. Результат их опыта оказался на несколько порядков больше, чем у их предшественников. Для объяснения такого отличия, авторы модифицировали молекулярно-кинетическую теорию движением в поле гравитации. Исследование опубликовано в Scientific Reports.
В изолированной системе любая неоднородность макропараметров, таких, как температура или давление, со временем неизбежно сглаживается, что приводит к увеличению энтропии. В конце XIX века Лошмидт предположил, что для изолированного вертикального столба газа, находящегося в гравитационном поле, это правило нарушается и возникает отрицательный градиент температуры (то есть вверху холоднее, чем внизу). Его рассуждения основывались на том, что с увеличением высоты потенциальная энергия молекул растет, следовательно, их кинетическая энергия должна в среднем становиться меньше. Больцман и Максвелл не согласились с этой идеей, после чего этот спор не привлекал внимание физиков более ста лет, если не считать теоретическую работу Толмена и Эренфеста, согласно которым очень маленький градиент температуры все же возможен из-за релятивистских эффектов.
Но в начале XXI века Родрих Грэф провел серию экспериментов с газами и водой, в которых обнаружил такие градиенты величиной 0,07 и 0,04 кельвина на километр, соответственно. Спустя несколько лет похожие опыты, но с воздушным столбом и железным стержнем провел Ляо, получив в обоих случаях 0,02 кельвина на километр. Малое количество экспериментальных свидетельств и их небольшая точность побудила физиков вновь исследовать этот вопрос. Он имеет принципиально значение, поскольку нарушение второго закона термодинамики делает