Oleh: Mohd Faudzi Omar
Editor Fizikkini
Pensyarah
Universiti Pendidikan Sultan Idris
Baru-baru ini, saintis dari Universiti Queen Mary, London dan Akademi Sains Rusia telah menemui had kelajuan bagi cecair mampu bergerak. Masing-masing adalah Kostya Trachenko dan Vadim Brazhkin dan kajian mereka telah diterbitkan dalam makalah jurnal Science Advances, bertarikh 24 Apr 2020 [1]. Penemuan ini menyatakan had kelajuan bagi cecair sebagai pemalar tabii yang dikemukakan dalam makalah tersebut. Kita sedia maklum bahawa pemalar asas fizik akan memberi implikasi ke atas sifat-sifat fizik, seperti radius Bohr dan pemalar Rydberg. Radius Bohr adalah jarak antara atom, ditemui bagi memperihalkan elektron-proton dalam atom Hidrogen, manakala pemalar Rydberg berkaitan dengan spektrum elektromagnetik atom.
Penemuan mereka adalah tentang fizik kelikatan iaitu kelikatan ditakrifkan sebagai sukatan bagi kerintangan terhadap kadar perubahan. Sebagai contoh, sirap gula mempunyai kelikatan lebih tinggi daripada air. Tetapi jika disejukkan cecair agak lebih rintang atau bergerak perlahan berbanding jika mereka dipanaskan. Tetapi persoalannya ialah berapa lajukah cecair boleh bergerak jika kita teruskan memanaskannya? Kelikatan sesuatu cecair itu sangat bergantung kepada struktur, kandungan dan interaksi dalam cecair tersebut, bahkan pengaruh keadaan luar juga memainkan peranan. Pun begitu, kelikatan agak sukar dibentuk dengan teori, malah Steven Weinberg membandingkan kesukaran mengira kelikatan air terhadap masalah pemalar asas fiziknya. Justeru daripada kesukaran tersebut, mereka (Trachenko dan Brazhkin) telah membentuk persamaan bagi melakukannya.
Dalam kajian tersebut, mereka melaras kuantiti kuantum terhadap kinematik kelikatan bendalir dan akhirnya ciri baharu kelikatan asas diperkenalkan sebagai aras terendah dengan pemalar asas fizik berikut:
di mana ɩm adalah “batasan bawah”, ћ=h/2π dan nisbah jisim proton mp dan elektron me. Persamaan mereka menghubungkan nilai rendah yang minima bagi kelikatan dengan pemalar kuantum Planck h dan nisbah tak berdimensi proton dan elektron. Pemalar asas fizik ini juga menetapkan batasan yang dibenarkan untuk cecair itu bergerak. Penemuan ini menunjukkan kelikatan minima bagi semua cecair sepatutnya ringkas dan universal, kerana kita sedia maklum sifat kelikatan adalah berbeza bagi cecair yang berbeza dan pengaruh keadaan luaran turut memberi kesan. Secara teorinya, tiada nilai dibenarkan rendah daripada had tersebut.
Pemalar asas fizik dan nisbah tak berdimensi tersebut (nisbah jisim proton-elektron) membuka peluang untuk lebih meneroka alam semesta kita, di mana pemalar struktur halus (fine structure constant) sebagai contoh juga pekali tak berdimensi telah digunakan dalam tindakbalas dan sintesis nuklear yang berlaku dalam bintang gergasi. Oleh itu, nisbah yang diperolehi ini boleh memberikan natijah yang baik dalam fizik. Implikasi yang berkemungkinan iaitu ia boleh digunakan dalam bendalir baharu bahan kimia di mana ia memerlukan satu kelikatan yang rendah. Begitu juga dalam kajian bendalir super genting.
Alam semesta seharusnya seimbang dalam semua aspek, jika berlaku sedikit sahaja perubahan nilai ke atas salah satu pemalar asas fizik tak berdimensi tersebut. Akibatnya adalah sangat dahsyat, di mana alam semesta menjadi sangat berbeza kerana berkemungkinan tiada berlakunya pembentukan planet, bintang dan galaksi bahkan hidupan. Nah, begitu pentingnya pemalar asas fizik yang ditemui ini.
Had terendah asas bagi kelikatan cecair tersebut adalah bersifat universal di mana ia boleh dihubungkan dengan pelbagai bidang fizik yang lain, seperti fizik lohong hitam, keadaan jirim baharu, mahupun plasma kuark-gluon dengan suhu dan tekanan yang sangat tinggi. Oleh itu, meneroka penemuan ini dan mengaitkannya bakal membuatkan sains itu lebih mengujakan.
Rujukan
[1] Trachenko, K. dan Brazhkin, V. V. (2020) Minimal quantum viscosity from fundamental physical constants. Science Advances 6(17).
