ลึกเข้าไปภายในดาวเคราะห์แก๊สยักษ์อย่างดาวพฤหัสบดี วัสดุต่างๆ สามารถอยู่ภายใต้แรงกดดันหลายล้านชั้นบรรยากาศได้ ในสภาวะที่รุนแรงที่สุด แม้แต่ไฮโดรเจนก็ไม่มีอยู่ในรูปแบบโมเลกุลตามปกติอีกต่อไป ในทางกลับกันพันธะโควาเลนต์จะสลายตัวและเชื่อว่าวัสดุจะกลายเป็นของแข็งที่เป็นโลหะ ในขณะที่นักดาราศาสตร์พยายามทำความเข้าใจโครงสร้างทางกายภาพของดาวก๊าซยักษ์ ความรู้โดยละเอียด
เกี่ยวกับ
กระบวนการทำให้เป็นโลหะนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เพื่อให้ได้ข้อมูลเชิงลึกเหล่านี้ นักวิจัยต้องดูแผนภาพเฟสของไฮโดรเจน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางกายภาพของมันแปรผันตามอุณหภูมิและความดันอย่างไร แม้ว่าไดอะแกรมเฟสของไฮโดรเจนในสภาวะที่รุนแรงน้อยจะได้รับการแมปไว้อย่างแม่นยำ
แต่สิ่งนี้ยังห่างไกลจากกรณีของไฮโดรเจนโลหะที่มีความหนาแน่นสูงมาก ช่องว่างในความรู้นี้ทำให้เกิดการสืบสวนมากมายว่าขอบเขตอยู่ตรงไหนระหว่างโมเลกุลไฮโดรเจนเหลวกับรูปแบบโลหะแข็ง อย่างไรก็ตาม พิสูจน์ได้ว่าเป็นเรื่องยากอย่างยิ่งที่จะสร้างแรงกดดันสูงที่จำเป็นในห้องปฏิบัติการ
ขอบเขตที่แตกต่างเมื่อเร็ว ๆ นี้ นักฟิสิกส์ได้ใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อจำลองไฮโดรเจนภายใต้สภาวะที่รุนแรง โดยใช้กลศาสตร์ทางสถิติและควอนตัมเพื่อสร้างปฏิสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มของอะตอมเสมือน สำหรับตัวอย่างที่มีอะตอมไม่กี่ร้อยอะตอม ให้ใช้เวลาจำลองหลายพิโกวินาที แบบจำลองเหล่านี้
คาดการณ์ว่าภายใต้ความดันที่เพิ่มขึ้น ไฮโดรเจนจะผ่านการเปลี่ยนสถานะลำดับที่หนึ่งอย่างกะทันหันจากสถานะโมเลกุลไปเป็นสถานะอะตอม การใช้ผลลัพธ์เหล่านี้กับการตกแต่งภายในของดาวเคราะห์แสดงให้เห็นว่ามีขอบเขตที่แตกต่างกันระหว่างชั้นฉนวนและชั้นนำไฟฟ้าในแผนภาพเฟส
อย่างไรก็ตาม ความพยายามครั้งล่าสุดเหล่านี้ต้องเผชิญกับข้อจำกัดที่สำคัญ ทำให้ข้อค้นพบของพวกเขากลายเป็นข้อสงสัย อธิบายว่า “แม้แต่วิธีการที่ทันสมัยที่สุดก็สามารถสร้างแบบจำลองอะตอมไฮโดรเจนได้หลายร้อยอะตอมเท่านั้น” “เนื่องจากก่อนหน้านี้เราถูกจำกัดให้ใช้ขนาดระบบที่เล็กเช่นนี้
จึงถือว่า
การเปลี่ยนลำดับที่หนึ่งเป็นลำดับแรก” ปัญหาพื้นฐานของการจำลองเหล่านี้ก็คือ เมื่อมีการเพิ่มอะตอมมากขึ้น ความซับซ้อนของพวกมันก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากธรรมชาติของการโต้ตอบทางควอนตัม โมเดลที่ใหญ่กว่าใดๆ ก็ตามจะเกินขีดความสามารถของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทันสมัยที่สุดในปัจจุบัน
ในการศึกษาใหม่Cheng และเพื่อนร่วมงานในสหราชอาณาจักรและสวิตเซอร์แลนด์ได้เข้าถึงปัญหาจากมุมที่ต่างออกไป ครั้งนี้ใช้การเรียนรู้ด้วยเครื่อง ซึ่งสามารถสร้างแบบจำลองของระบบที่ซับซ้อนได้ด้วยการ “ฝึกฝน” ด้วยข้อมูลจริง เรียนรู้จากกลศาสตร์ควอนตัม“โดยสรุป เราใช้เทคนิคการเรียนรู้
ของเครื่องเพื่อ ‘เรียนรู้’ ปฏิสัมพันธ์ของอะตอมจากกลศาสตร์ควอนตัม” เฉิงอธิบาย “อินพุตเข้าสู่โครงข่ายประสาทเทียมคือตำแหน่งของแต่ละอะตอม และเอาต์พุตคือพลังงานและแรงที่พวกมันสัมผัส” วิธีการนี้ช่วยลดเวลาและต้นทุนในการประมวลผลที่จำเป็นลงอย่างมาก ทำให้ทีมสามารถจำลองอะตอมมากกว่า
1,700 อะตอมในช่วงอุณหภูมิและความดันที่หลากหลาย และเป็นเวลาเกือบหนึ่งนาโนวินาที ภายในตัวอย่างจำลองขนาดใหญ่เหล่านี้ ทีมของ Cheng ค้นพบว่าการเปลี่ยนระดับโมเลกุลเป็นระดับอะตอมไม่ได้เกิดขึ้นข้ามขอบเขตที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ดังที่การศึกษาก่อนหน้านี้เสนอแนะ
ไฮโดรเจน
กลับเปลี่ยนรูปอย่างราบรื่นเมื่อความดันเพิ่มขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจาก “จุดวิกฤติ” ในแผนภาพเฟส ซึ่งอุณหภูมิและความดันที่สูงขึ้นทำให้ความแตกต่างทางกายภาพระหว่างของเหลวและโลหะหายไปนั้น “ซ่อนอยู่” ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงระหว่างขั้นตอนการเป็นฉนวนและการนำไฟฟ้า
ของไฮโดรเจนเกิดขึ้นทั้งแบบค่อยเป็นค่อยไปและต่อเนื่อง พฤติกรรมวิกฤตยิ่งยวดการเปิดเผยพฤติกรรม “วิกฤติยิ่งยวด” นี้อาจมีนัยสำคัญต่อการทำความเข้าใจแผนภาพเฟสของไฮโดรเจนที่ความกดดันสูง ดังที่ Cheng อธิบาย การค้นพบของทีมของเธอให้ภาพที่ถูกต้องมากขึ้นว่าไฮโดรเจนมีอยู่จริง
นอกเหนือจากความเกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์แล้ว นักวิจัยเชื่อว่าผลลัพธ์ของพวกเขาเน้นถึงศักยภาพที่มีแนวโน้มสำหรับการเรียนรู้ด้วยเครื่องในการสำรวจไดอะแกรมของไฮโดรเจน “เราเชื่อว่าแมชชีนเลิร์นนิงจะไม่เพียงเปลี่ยนวิธีการสร้างแบบจำลองไฮโดรเจนความดันสูง
แต่จะอยู่ในกล่องเครื่องมือมาตรฐานของนักฟิสิกส์เชิงคำนวณ” เฉิงกล่าว “ด้วยการเรียนรู้ของเครื่อง เราสามารถเรียกใช้การจำลองระดับนาโนวินาทีกับอะตอมนับพันด้วยความแม่นยำในหลักการแรก มันเกินความฝันของเราเมื่อสิบปีก่อน”ในดาวเคราะห์ยักษ์ได้อย่างไร “ภายในร่างกายเหล่านี้
แนะนำว่าการสำรวจความหมายโดยละเอียดของงานนี้สำหรับการตกแต่งภายในของดาวเคราะห์นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย “[และเพื่อนร่วมงาน] เสนอว่าไม่มีการเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวเป็นของเหลวในลำดับแรกในไฮโดรเจน และแบบจำลองดาวเคราะห์ที่สมมติว่าเป็นเช่นนี้จำเป็นต้องได้รับการแก้ไข”
เขาให้ความเห็น “เนื่องจากภายในที่แท้จริงของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ไม่ประกอบด้วยไฮโดรเจนบริสุทธิ์ พวกมันเป็นส่วนผสมของของไหลที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นส่วนใหญ่ จึงจำเป็นต้องมีการทำงานเพิ่มเติมอีกมากเพื่อสำรวจความหมายของงานนี้สำหรับวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์
ในการพัฒนาเอกซ์เรย์ผลึกศาสตร์เสร็จสิ้นลงหลังจากที่เขาและวิลเลียม ลอว์เรนซ์ แบรกก์ ลูกชายของเขากลับไปที่ สหราชอาณาจักรในปี พ.ศ. 2451 และชาวออสเตรเลียแทบไม่รู้จักความสำเร็จในท้องถิ่นของแบรกส์ นักฟิสิกส์ยังเป็นศูนย์กลางในการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์วิจัยของออสเตรเลียใกล้กับซิดนีย์
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
