Как расщепляется мгновенье
Как расщепляют мгновение https://www.youtube.com/watch?v=1Dh-jqBj8Io
Миллисекунды 10 в минус 3. Современная фотокамера – вспышка, запускающаяся от звука. Данные процессы в этих временных масштабах можно изучать в домашней лаборотории. В подходящих условиях можно заметить невооруженным глазом явление длительностью в несколько мс, воспользовавшись методом развертки – т.е. быстро скользнув взглядом туда-сюда. Например, светодиод, мерцающий с частотой в сотни герц, можно легко отличить от непрерывного светящегося; можно даже на глаз оценить скважность сигнала. Снимок дисплея микроволновки движущейся камерой. Частота 200 Гц. Глазом видна аналогичная картина.
Микросекунды: 10 в минус 6 секунд. Современные сверхскоростные видеокамеры дают сотни тысяч кадров в секунду. Ими можно исследовать нестационарные течения жидкости со свободной поверхностью (например, поведение перешейка при отрыве капли). Микросекундные импульсы света можно получать в обычной школьной лаборатории. Лазерная указка (или зеркальце) ставится на моторчик и раскручивается (например, до 100 об\сек). Проделываем отверстие в стене 5 мм на расстоянии 3м – вспышка света длительностью 2,5 мкс и частотой 100 Гц. Быстропротекающие явления, освещенное вспышкой света, снимается на фотокамеру с достаточно большой выдержкой.
Наносекунды: 10 в минус 9 сек.
Макроскопическое движение замирает. Свет двигается 30 см\нс, а звук\ударная волна несколько мкс\нс. В наносекундном диапазоне нас интересует уже не предметы, а вещество. Снимать на камеру становится все труднее (нынешний рекорд – один кадр за 160 нс, апрель 2009). Возникает необходимость перехода от визуальных методов наблюдения к иным способам. Например, стоит задача изучить диффузию поверхностных вакансий. Ожидаемый временной масштаб при комнатной температуре: наносекунды. Необходимы быстрые методы наблюдения. Трудность составляет недостаточная разрешающая способность камеры. В этих случаях используют методы с высоким разрешением (сканирующая туннельная микроскопия), что бы зафиксировать медленные, 1 сек, т.е. движение атомов продолжительностью от 1 – 30 сек Нужна экспериментальная хитрость. Идея: посадить на поверхность кристалла примесные атомы и наблюдать за ними. Примесный атом внедряется в поверхностный слой выращенного атомарно гладкого кристалла и теряет подвижность. Пробегающие мимо редкие вакансии (дырки от атомов, когда происходит флуктуация поверхности, атом вылетает и на его месте образуется дырка) натыкаются на атомы, переносят их на новое место и «убегают». Такие перескоки примесных атомов происходят намного реже, за ними можно уследить с помощью СТМ (сканирующего туннельного микроскопа) и узнать поведение поверхностных вакансий.
Пикосекунды: 10 в минус 12 сек. Свет двигается медленно относительно этих процессов.
Изучаются атомно-молекулярные явления. Например, колебания кристаллической решетки (фононы), самые быстрые «шаги» при свертке белков, кинетика фазовых переходов в твердых телах. Также изучаются и электронные явления, например, кинетика носителей заряда в полупроводниках, образование и разрыв химических связей. На пикосекундном масштабе начинается настоящая современная физика. Главный метод исследования: короткие лазерные импульсы, используются как для возбуждения, так и для регистрации пикосекундных процессов. Короткие лазерные импульсы получать сравнительно легко. Лазеры привели к настоящей революции в экспериментальной физике.