Posted by სხეულებიდან – ნივთიერებამდე
რა ხდება 10 ნწმ-ის განმავლობაში? 10 კმ/წმ. სიჩქარით მოძრავი კოსმოსური აპარატი, ამ დროის განმავლობაში მხოლოდ 0,1 მილიმეტრიან დისტანციას გადის. დედამიწაზე, მსგავსი სიჩქარეები აქვს აფეთქებით გაჩენილსა და დარტყმით ტალღებს, ასევე ჭურვებს, რომლებსაც ელექტრომაგნიტური ზარბაზანი ისვრის. მიუხედავად ამისა, თუ ასეთი ტალღა ან ჭურვი სამიზნეს ხვდება, ეს უკანასკნელი, 10 ნანოწამის განმავლობში დაშლას ვერ ასწრებს. ზედაპირული ფენის ყველაზე ზედა ნაწილში, მილიმეტრზე მცირე სისქით, ნივთიერების მკვეთრი გაცხელება მოხდება, ის გადნება ან აორთქლდება, თუმცა ეს ყველაფერი ნივთიერების მიკროსკოპულ ფენაში იქნება ლოკალიზებული. ზემძლავრი ლაზერული იმპულსითაც რომ დაგვესხივებინა, პირველი რამდენიმე ნანოწამის განმავლობაში, მხოლოდ ზედაპირის სულ ზედა ფენა მოასწრებდა აორთქლებას. აქედან შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ნანოწამიან დიაპაზონში, უკვე, ნივთიერებას ვსწავლობთ და არა სხეულებს. ნანოწამიანი პროცესებისთვის მაკროსკოპული სხეულები თითქოს არც არსებობს.
მეორეს მხრივ, ნანოწამი ჯერ ისევ ბევრია იმისათვის, რომ ცალკეული ატომების მოძრაობას მივადევნოთ თვალი (პიკოწამი – 10-12 წმ.). ნანოწამის განმავლობაში, ყოველი ატომი ათასჯერ მაინც ასწრებს მეზობელთან შეჯახებას, აირებში – ათეულობითჯერ. ამ დროს, ცელკეული მოლეკულების მკვეთრი მოძრაობები და სხვა თავისებურებები რბილდება და მთლიანდება, სწორედ ამ გაშუალებული მოძრაობების შედეგად ყალიბდება ის, რასაც ნივთიერებას ვუწოდებთ.
ნანოწამები, ჩვენთვის ჩვეულ მაკროსკოპულ სამყაროსა და ატომურ მოვლენათა შორის გადებული ხიდია. წამის სიღრმეებში მოგზაურობისას, მაკროსკოპულ სხეულებს უკვე ვეღარ ვგრძნობთ, თუმცა ვერც ატომების მოძრაობათა დანახვას ვახერხებთ. ის, რაც ჩვენ ნანოწამიან დიაპაზონში წარმოგვიდგება, ნივთიერების მახასიათებლები და ქცევაა.
კოლექტიური მოვლენები
ნანოწამიან ინტერვალში სხვადასხვა კოლექტიური ატომური მოვლენები ხდება. ეს არის პროცესი, რომელშიც ცალკეული მოლეკულების მოძრაობა, რაღაც მთლიანში, ერთობლივში, ერთ ფიზიკურ მოვლენაშია სინქრონიზირებული – კრისტალიზაცია, დნობა, ხსნადობა, წვა და ნივთიერებაში მიმდინარე სხვა ფიზიკო-ქიმიური პროცესები (ნივთიერების აგრეგატული მდგომარეობა).
httpv://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=6s0b_keOiOU
კომპიუტერული მოდელირება, რომელშიც ნაჩვენებია, როგორ იქცევა წყლის მოლეკულები მიკროსკოპული ზომის ყინულის კრისტალში, როცა მას სითბო მიეწოდება. დნობის დროის მასშტაბი, ცალკეული მოლეკულების რხევების პერიოდზე მეტია.
დნობა – ნაწილაკების სინქრონული მოძრაობით გამოწვეული კოლექტიური ეფექტი.
ნანოზომის ობიეტების წარმოქმნა, მაკროსკოპული სხეულების გაჩენის წინამორბედია: ნაპრალის ჩანასახი მყარ სხეულში, ნანოზომის წვეთი, რომელიც სრულფასოვან წვიმის წვეათდ გადაიქცევა, ორთქლის უმცირესი ზომის ბუშტულა სითხეში, რომელიც ადუღების დაწყების პირველი ნიშანია.
ბიოლოგიურად უმნიშვნელოვანესი რთული მოლეკულების ფორმირებაც ამ კატეგორიაში შედის. მაგალითდ, ე.წ. ცილების ფოლდინგი – ცილოვანი მოლეკულის დამოუკიდებელი შეფუთვა ენერგეტიკულად ყველაზე უფრო ხელსაყრელ მდგომარეობაში, ნანოწამებში ხდება. უკვე აწყობილ, მუშა მდგომარეობაში, ცილები თავიანთ ბიოლოგიურ ფუნქციებს ასრულებენ, ხოლო მათი ელემენტარული ნაბიჯები ნანოწამებში მიმდინარეობს.
კრისტალის ზედაპირზე მოხვედრილი ატომი, რომელსაც ამ ზედაპირთან ქიმიური კავშირი არა აქვს, ერთ გარკვეულ ადგილზე არ ჩერდება, ის, სხვადასხვა კვანძებს შორის გადახტომებს ასრულებს. შედარებით დაბალ ტემპერატურებზე ეს ნახტომები გაცილებით იშვიათია, ვიდრე ატომების სითბური რხევის პერიოდები.
მინარევი ატომის ხეტიალი კრისტალის ზედაპირზე. დაბალ ტემპერატურაზე, სანამ სხვა კვანძში გადახტება, ატომი ადგილზე ვიბრირებს.
ელექტრომაგნიტური რხევები
მოძრაობის ყველანაირი სახეობა, სივრცესა და დროში ხდება. რაც უფრო მოკლეა დროის ინტერვალი, მით უფრო მოკლეა დისტანციაც, რომლის გავლა ამ დროშია შესაძლებელი. ნანოწამიან დიაპაზონში, ყველანაირი მოძრაობა, მხოლოდ მიკროსკოპულ მანძილებზეა შესამჩნევი. მხოლოდ სინათლე, ანუ ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, თუ გაივლის ამ დროში მაკროსკოპულ მანძილს – დაახლოებით, 30 სანტიმეტრი. ფიგურალურად რომ ვთქვათ, ელექტრომაგნიტური რხევები, ერთად-ერთი ხელჩასაჭიდი ძაფია, რომელიც ნანოწამიან დიაპაზონს მაკროსკოპულ სამყაროსთან აკავშირებს.
სინათლის სიჩქარე (с), ელექტრომაგნიტური ტალღის სიგრძესა ( λ) და სიხშირეს (f)(ან პერიოდს (T)) შორის დამოკიდებულებას გვაძლევს: λ = c T = с / f.
ვთქვათ, გვაქვს T = 10 ნწმ. პერიოდის მქონე რხევები, რაც f = 100 მჰც. სიხშირესა და λ = 3 მეტრს შეესაბამება. ელექტრომაგნიტური ტალღების სკალაზე, მეტრულ დიაპაზონში, მოკლე და ულტრამოკლე რადიოტალღები შედის. რადიო (FM – სიხშირული მოდულაცია, როცა სიხშირის ცვლილება მამოდულირებელი სიგნალის, ამ შემთხვევაში ბგერების, მიხედვით ხდება), ტელევიზია და სამოქალაქო კომუნიკაციის სხვა სამსახურები ამ სიხშირეზე მაუწყებლობს (რა არის ელექტრომაგნიტური ველი?).
რატომ მოკლე და ულტრამოკლე დიაპაზონები? რადიოტალღების გამოსხივებასა და მიღებას ჩვეულებრივი, მაკროსკოპული ანტენებით ვახდენთ. ისიც გვინდა, რომ ტალღების ბლოკირება არ მოხდეს ბუნებრივი, მაკროსკოპული წინაღობების მიერ, რაც იმას ნიშნავს, რომ სხიშირეები მეგაჰერცულ (მილიონი რხევა წამში) დიაპაზონში უნდა იყოს. კიდევ უფრო მოკლე ტალღების გამოსასხივებლად, მინიატურული ანტენებია საჭირო, თან სანტიმეტრული დიაპაზონის ტალღები გარემოში უფრო ძლიერად შთაინთქმება და გაიბნევა. რაც შეეხება გრძელ ტალღებს, მათი გამოყენებაც შესაძლებელია, თუმცა ამ შემთხვევაში რადიოკავშირის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ასპექტი იქნება გასათვალისწინებელი — ინფორმაციული.
რადიოტალღის ინფორმაციული ტევადობა
რადიოტალღას, იდეალური ჰარმონიული რხევების სახით, ფასეულობა არ გააჩნია, რადგან ის არანაირი ინფორმაციის მატარებელი არ არის. მასში ინფორმაციის კოდირება, ანალოგური თუ ციფრული სახით, მისი მახასიათებლების მოდულირებით არის შესაძლებელი. ყველაზე უფრო გავრცელებულია მოდულაციის 2 მეთოდი: ამპლიტუდური (AM) და სიხშირული (FM). ამ ორსაც და სხვა უფრო რთულ მეთოდებსაც, ერთი საერთო ფუნდამენტური შეზღუდვა აერთიანებს: ჩასაკოდირებელი სიგნალი, მატარებელ რადიოსიხშირეზე ნელა იცვლება. მხოლოდ ერთ რხევაში, ციფრული ინფორმაციის ერთზე მეტ ბიტს ვერ ჩავდებთ. თუ 10 კილოჰერციან რადიოტალღას გამოვიყენებთ, მასში დაბალი სიხშირის მქონე აუდიოსიგნალის მოთავსებას მოვახერხებთ, სატელევიზიო სიგნალისგან განსხვავებით, რომელსაც ისედაც მაღალი სიხშირული შემადგნელი აქვს. ციფრული სიგნალის გადაცემა შესაძლებელი იქნება, ოღონდ ძალიან დაბალი სიჩქარით – კილობაიტი წამში. უსადენო კავშირით ინფორმაციის გადაცემის სიჩქარე, რომლითაც დღეს ვოპერირებთ — 10-100 მეგაბაიტია წამში და დაბალი სიხშირის ტალღები ამ საქმეში არ გამოგვადგება. გამოდის, რომ ინფორმაციის თითოეულ ბიტზე, მხოლოდ რამდენიმე ნანოწამია გამოყოფილი და მისი გადამტანი ტალღის რხევის სიხშირე კიდევ უფრო მეტი უნდა იყოს, რათა მასში ინფორმაციის დიდი ნაკადის ჩატევა მოხერხდეს (იოქტოწამი(y)).