Некоторые полезные мысли и примечания в развитии материаловедения низких уровней начинающих молодых космических цивилизаций. Я специально рассмотрел некоторые всем известные простые технологии, чтобы уточнить путь к металлам 1ого уровня аннигиляции. В основном здесь повторение ранее рассмотренных тем.
Аннотация.
Выкладываю чисто для себя... Без критики.
Нечитаемый текст.
Ну, во-первых, хотелось бы уточнить что я называю полями Ван Дер Вальса поля возникающие внутри атома, убывающие в степенях 4,5,6,7,8 и даже 9,10,11 и 12 степени от расстояния. Из-за чего многие из этих полей действуют только внутри атома (или вообще прям около ядра атома и всё), и они чем-то похожи на поля Ван дер вальса, хотя на самом деле это совершенно не они. Внутреатомные поля, которые я называю полями Ван дер вальса имеют источник в виде суб кирпичиков внутри протонов, или конструкции похоже на кварки, но не кварки. Когда несколько суб кирпичиков объединённых в более сложную конструкцию излучают поле за пределы протона. И это поле действует на небольшое расстояние от ядра атома, иногда на расстояние меньше высоты нижнего электрона. Кстати именно из-за полей Ван дер вальса электроны не падают на ядро. Существует около 200 основных более менее сильных полей Ван дер вальса и около 1000 слабых, которые очень сложно даже просто обнаружить, из-за их слабого воздействия. Некоторые поля Ван дер вальса излучаются только определёнными атомами. Следует добавить что у некоторых атомов, например у меди некоторые поля Ван дер вальса распространяются даже за пределы электронной оболочки, и взаимно притягиваются друг к другу соседние атомы, или верхние электроны соседних атомов. Это свойство также позволяет создавать дополнительную своего рода валентность, хотя это не валентность, когда электрон притягивается полем Ван дер вальса к ядру соседнего атома, а не своего и не электромагнитно.
Поля Ван дер вальса имеют сложные законы убывания, которые я рассматривал ранее, и при сверхвысоких давлениях и росте плотности вещества, можно наблюдать усиление влияния полей Ван дер вальса на атомы. В том числе возможно создание избыточного поля Ван дер вальса внутри сжатых частиц, которое можно перекачать в другую часть устройства, на достаточно большое расстояние, и использовать например при создании субатомного пинцета, или микроскопа и камер датчиков на полях Ван дер вальса. Преимущество устройств наблюдения на полях Ван дер вальса состоит в том, что оно позволяет увидеть более маленькие частицы, и в том числе заглянуть внутрь протона, что почти невозможно сделать оптически. Поскольку ядра атомов обладают дифракционной защитой, а многие внутренности протона в принципе не взаимодействуют с ЭМ полем и поэтому их нельзя увидеть электромагнитными волнами. Но если сделать сложное устройство наблюдения микроскоп/видеокамеру работающую на 100 или 200 типах полей Ван дер вальса одновременно, то в такое устройство можно увидеть все внутренности протона и его устройство, что очень важно для науки. И это надо сделать, чтобы создать металл 1ого уровня аннигиляции.
(очень кратко и примитивно скажу что в ядерной физике существует ещё явление осцилляции, когда свойства субатомных частиц входящих в протон сильно меняются, например за счёт замены энергии на более плотную. Например, нижние электроны атомов осциллированы относительно верхних и имеют иные свойства. Например, нижние электроны обладают гораздо большей силой притяжения и способны генерировать иные формы ЭМ волн. Также очень часто протоны внутри тяжёлых атомов тоже осциллированы. При этом внутри одного ядра по-разному. То есть разные протоны внутри ядра могут иметь разные свойства и поэтому находятся в разных позициях и излучают разный букет полей Ван дер вальса. Осцилляция позволяет радикально перекроить свойства частицы. При этом в большинстве случаев осцилляция обратима и слетает при разрушении атома, в большинстве случаев, но не всегда.)
Пройдя дальше, я бы хотел уточнить, что графит это 4х валентная форма углерода, а алмаз 6ти валентная. То есть когда углерод сжимают давлением 10ГПа при температуре 2000 кельвин, то это активирует два нижних электрона углерода, и графит превращается в алмаз. Прочность связи нижних двух электронов намного больше остальных четырёх, поэтому алмаз намного прочнее и твёрже графита. Тоже самое касается вещества эльбор где трёх валентный азот может стать пяти валентным, и в эльборе бор и азот имеют валентность по 5, за счёт чего эльбор имеет высокую твёрдость и температуру плавления (фазового перехода) 1900 кельвин. Очевидно, способность повышать валентность от давления есть почти у всех элементов таблицы Менделеева, начиная с лития и тяжелее. При этом следует добавить что электроны самых больших энергий скрыты внутри атомов и при формировании связей обычно не участвуют, особенно это касается тяжёлых атомов, имея порядка 70-90 электронов, в создании валентных связей участвует не более 9 верхних электронов обладающих минимальной энергией связи, а часто итого меньше. Если заставить средние и нижние электроны сформировать валентные связи с другими атомами, то можно получить во много раз более прочные и тугоплавкие материалы.
Следует также добавить, что при очень больших давлениях и температурах, электроны приобретают валентность 2, потом 3, 4 и так далее. (то есть один электрон может иметь валентность два) Мы имеем один электрон, но он имеет валентность 2 и более. Чем легче электрон и чем меньше его энергия, тем проще перевести его в двух валентное состояние. Сложнее всего перевести в двух валентное состояние нижние электроны, обладающие наибольшей энергией. При этом электрон водорода иногда переходит в двух валентное состояние даже при очень маленьких давлениях и стабильно существует даже при атмосферном давлении. Например, в атоме диборана В2Н6 два атома водорода имеют валентность два, при этом диборан получают без сверхвысоких давлений, и он стабилен при атмосферном давлении. То есть валентность два можно получить при маленьких давлениях, и в ряде случаев она сохраняется даже при атмосферном давлении. Но наибольший интерес представляет высокая валентность нижних тяжёлых электронов, которую сложно получить, но она обладает наибольшей силой связи.
Следует также добавить, что если взять атом углерода и превратить его в соединение по типу карбида вольфрама, то мы получим соединение, где углерод будет иметь валентность 4. Однако карбид вольфрама обладает рядом нужных нам свойств. Так вот если нарастить давление до 20ГПа или до 50ГПа при температуре 3500 кельвин и более, то атомы углерода в карбиде вольфрама могут уплыть в 6 валентную фазу и мы получим алмазный карбид вольфрама, который будет твёрже алмаза и иметь температуру фазового перехода значительно более 3000 кельвин. То есть это будет более твёрдый прочный и тугоплавкий материал для опытов с высоким давлением. (наибольший интерес представляет алмазный карбид осмия или иридия) Также возможно получение 5 валентного (и 7ми валентного) нитрата любых тяжёлых металлов. Который также будет вести себя подобно эльбору и будет обладать повышенной твёрдостью.
Следует добавить, что семивалентная форма азота менее стабильна, чем шести валентная форма углерода (алмаз), для её существования требуются более высокие давления. А для её получения требуются более высокие давления и температуры. Вплоть до того, что 7 валентная форма азота нестабильна при давлении 100кПа и разрушается сама собой почти мгновенно. Однако в случае если азот вступит в реакцию с тяжёлыми металлами такими как осмий, иридий, вольфрам или рений, то семивалентная форма азота будет намного стабильнее, и (в смеси с металлами) сможет оставаться стабильной при давлении 0кПа, при этом полученное вещество будет намного твёрже алмаза, и при опытах со сверхвысоким давлением позволит достигать больших давлений.
Следует добавить, что с точки зрения вынужденной валентности наибольший интерес представляют уран и торий, обладающие 92 и 90 электронами. Торий стабильнее, а уран изначально плотнее. (однако при воздействии гипервысоких давлений стабильность радиоактивного ядра повышается, срок жизни увеличивается) Однако чем больше электронов в атоме, тем сложнее его сжать. Кроме того, при формировании вынужденной валентности высоких уровней требуется возбуждать средние (и нижние) электроны, иначе верхние электроны создадут буферную зону и не позволят средним вступить в валентность. Возбуждать средние электроны надо воздействием высокой температуры и ультражёсткого рентгена. (и чем выше номер электрона тем сложнее это сделать) Для тория и урана, чтобы получить валентность 80 (около максимальный результат) требуется температура свыше миллиона кельвин и выше, и одновременно воздействие ультражёстким рентгеном, при давлении в миллион раз больше чем в ядре Солнца. Создать такие параметры сразу, используя наковальни из алмаза, или даже алмазного вольфрама невозможно.
(следует учесть, что существует криогенная сверхпрочность и сверхтеплопроводность, которая достигается в некоторых веществах, при сверхнизких температурах, близких к нулю по кельвину, при пропускании через материал электрического тока. Результат может быть значительно улучшен полями Ван дер вальса.)
Поэтому следует обратиться к более лёгким элементам, таким как алюминий (13 электронов) или железо (26электронов).
Следует добавить, что электроны в атоме имеют разную энергию, и энергия верхних и нижних электронов может различаться в миллиарды раз, также может в миллиарды раз различаться прочность межатомной связи сформированной верхними или нижними электронами.
(следует также добавить, что очень часто бывает так, что формируя сверхпрочную межатомную связь, атомная структура формирует её неравномерно, и это типичная проблема для межатомной связи в 100 раз превышающей стандартную. Эту проблему можно даже наблюдать у металлов вольфрам, рений, осмий и иридий. Причём межатомная связь вольфрама ниже прочности межатомной связи иридия (иридий имеет самый прочную естественную межатомную связь в таблице Менделеева, при давлении 1 атм.), поэтому в вольфраме проблема распределения связи решается сама собой. Однако если рассмотреть иридий, то его структура состоит из зерна (как и у всех поликристаллов), но вся сила межатомной связи сосредоточена по направлению во внутрь зерна, а в это время края зерна имеют минимальную прочность. При этом сама структура иридия слишком далека от идеального монокристалла. Из-за чего иридий в обычном состоянии не демонстрирует каких-то прочностных супер свойств. Однако в форме идеального монокристалла, иридий является самым прочным и твёрдым металлом в мире с температурой плавления около 6000 кельвин, и он примерно в 600 раз прочнее стали, и имеет прочность около 600ГПа, это примерно в 5 раз больше прочности алмазных нано трубок, также иридий в такой форме в несколько раз твёрже алмаза. Алмазный иридий ещё чуть твёрже, поскольку 6 валентный углерод хорошо реагирует с иридием создавая плотный элемент, в составе алмазного иридия углерод плотнее, чем в составе алмаза. Но естественно что с вынужденной валентностью могут быть куда более прочные и твёрдые металлы. Также следует добавить, что все тяжёлые элементы таблицы Менделеева могут проявлять вынужденную валентность, но для этого часто требуются такие давления и температуры, которые невозможно достичь в алмазных наковальнях.
Что касается получения идеальных монокристаллов иридия, тут следует рассмотреть получение иридия из свободных радикалов при сверхнизкой температуре. Такие опыты проводились ранее в США, и был получен сверхпрочный аморфный металл (без кристаллической структуры вовсе), поскольку реакция кристаллизации протекала с выделением энергии при более высокой температуре, из-за чего свободные радикалы вообще не формировали кристаллической решётки. Для того чтобы создать кристаллическую решётку из свободных радикалов, надо делать это в состоянии глубокого покоя при сверхнизких температурах, так чтобы не возникал перегрев структуры. Преимущество данного метода в возможности создания идеальных структур неограниченно больших размеров сложной формы. Например цельноотлитых корпусов самолётов или космических кораблей.)
Следует добавить, что типичным случаем неудачного формирования вынужденной валентности, является получение под высокими давлениями сверхтвёрдых сверххрупких структур, которые либо разрушаются при снятии давления, либо имеют очень низкую температуру обратного фазового перехода. Парадокс, но при давлении 500ГПа можно получить Х металл одинаковой плотности, но совершенно разной прочности стабильности и температуры плавления. В первом случае нестабильный элемент был получен при низкой температуре, когда средние электроны не сформировали валентных связей, во втором случае намного более прочный и стабильный металл был получен при намного более высокой температуре, с формированием вынужденной валентности. Также практически невозможно сформировать вынужденную валентность взрывом. Хотя исследователи получили много сверхплотных структур взрывом, в том числе используя сверхмощные лазеры и бомбы оболочки из сапфиров или алмазов. Но для формирования металла высокого качества требуется высокое статическое давление при высокой температуре.
При этом существуют коридоры давлений и температур кристаллизации, например металл Х при давлении 100ГПа имеет первый коридор кристаллизации от 0 до 6000 кельвин с валентностью 1, второй коридор кристаллизации от 15000 до 16500 кельвин с валентностью 2, и последний коридор кристаллизации от 17600 до 18100 кельвин с валентностью 3. Вне коридоров кристаллизации, кристаллизация вообще не идёт. Типичная ошибка исследователей, это кристаллизация металла Х на валентность 1, в результате которой получается твёрдый малопрочный элемент с низкой температурой обратного фазового перехода. (при этом поскольку при температуре более 6000 кельвин металл имеет жидкую фазу, то делается ошибочное заключение о том, что температура 6000 кельвин для данного металла предельна) Очевидно максимальными параметрами обладает коридор кристаллизации 17600 до 18100 с валентностью 3. Это объясняется тем, что при первом коридоре кристаллизации при слишком маленькой температуре средние электроны не вступают в валентность. Для того чтобы заставить средние электроны формировать связи, нужна температура не менее 15000 кельвин, при тех же условиях и давлении. Поэтому в диапазоне температур от 6000 до 15000 кельвин материал останется жидким, и только при температуре более 15000 начнёт твердеть во вторую фазу при валентности 2.
И вот тут следует добавить, что инертные газы не формируют валентных связей при нормальном давлении, потому что все их электроны лежат ниже валентной зоны изначально, то есть являются средними или нижними. Я ранее говорил, что используя инертные газы можно получить более прочные и тугоплавкие металлы (при более низкой температуре формирования, что очень важно, потому что иногда температура возбуждения электронов уходит слишком высоко, например может составлять 200тыс Кельвин и более). Просто в инертном газе изначально нет верхних электронов, а значит, для формирования вынужденной валентности средних электронов требуется только давление, без температуры, или температура может быть намного меньше. При этом сформированная более прочная межатомная связь создаст металл с высокой температурой плавления. То есть мы льём Х металл при сверхвысоком давлении при температуре 2000 кельвин (потому что больше температуру мы создать не можем) и после кристаллизации получаем металл с температурой плавления 10000 кельвин. (то есть мы получаем материал, который можно далее использовать для литья при более высокой температуре, чем ранее было возможно) Также инертные газы являются суперокислителями и могут быть использованы для формирования скажем так металлических форм суперкерамик, обладающих высокой температурой плавления. Типа, например ксенонида осмия, в которой ксенон (или криптон) обладает вынужденной валентностью и формирует сверхплотный и тугоплавкий, сверхстабильный элемент. При формировании этого элемента выделилось 200ГигаДж/кг энергии и чтобы расплавить или разрушить соединение ему сначала надо вернуть эти 200ГигаДж/кг. То есть это сверхтугоплавкий, сверхплотный, сверхтвёрдый металл с огромной теплотой плавления. (и уникальным сверхмощным полем Ван дер вальса)
(следует добавить, что температура плавления металла зависит не только от прочности межатомной связи, но и от способности излучать лишнее тепло. Разные атомы обладают очень разной способностью излучать лишнее тепло, и поэтому мы имеем такое разнообразие температур плавления от ртути до вольфрама. Дело не в том, что в ртути слишком слабая межатомная связь, дело в том, что ртуть очень плохо излучает лишнее тепло и поэтому ртуть при температуре всего 300 кельвин имеет намного большую внутреннюю энергию, чем вольфрам при 1000 кельвин. Это и создаёт для ртути особые возможности создания амальгамы. По факту с точки зрения внутренней энергии ртуть при 300 кельвинах перегрета, это и определяет её способность вступать в реакцию при низкой температуре. А когда амальгама золота и ртути застывает, то в смеси с золотом способность ртути освобождаться от лишнего тепла повышается. Очевидно стремясь создать более тугоплавкий металл, стоит задуматься о способности металл избавляться от лишнего тепла. Обычно более плотные металлы делают это лучше. Также межатомная связь средних электронов тоже повышает способность металла избавляться от тепла и температуру плавления, причём активные средние электроны могут повысить температуру плавления металла во много раз за счёт способности быстрее избавляться от внутренних колебаний, то есть от тепла. Если взять алмазный карбид вольфрама, то в нём углерод связан с элементом который избавляется от тепла намного лучше чем сам алмаз, поэтому температура обратного фазового перехода углерода в составе сплава с вольфрамом значительно выше, чем в просто алмазе.)
Были проведены опыты в этом направлении, и были прочитаны старые учебники, где эти опыты уже проводились. ВЯликие учёные сжали такие элементы как неон давлением в несколько десятков ГПа и шваркнули по ним электрическим током посильнее, и получили супер взрывчатку, нестабильное вещество, при разрушении которого выделяется масса энергии, и оно даже близко не является сверхстабильным сверхтугоплавким металлом. Что произошло на самом деле? Когда учёные прогнали через соединение сверхмощный разряд электрического тока, (при недостаточном давлении) они возбудили электроны неона (гелия и других инертных газов) и эти электроны перешли на более высокий уровень, став при этом валентными. И получилась супер взрывчатка или ракетное супертопливо, которое слишком ненадёжно и нестабильно для того чтобы использовать его как топливо. То есть причина, почему вместо сверхстабильного металла или металлической керамики была получена супервзрывчатка, заключается в том, что был использован иной метод формирования вещества. Вместо того, чтобы сжать криптон до достаточного давления, которое весьма велико и его сложно достичь, учёные пошли лёгким путём, и переместили его электроны со стабильных орбиталей на более высокие, где пребывание электронов не стабильно и несёт большую энергию.
То есть огромную роль имеет метод и правильная технология обработки материи. Тем не менее, инертные газы имеют огромный потенциал.
Основная проблема современной вынужденной валентности состоит в том, что создав достаточно большое давление, мы не можем повысить температуру образца. Инертные газы не требуют высокой температуры, поскольку их электроны вообще не нужно возбуждать, они изначально средние и лежат ниже пустых валентных орбит, их нужно только сжать. И иногда наоборот надо сжимать при сверхнизких температурах, а полученный материал после формирования будет иметь высокую температуру плавления. Этот момент надо изучить и подробно прояснить.
Следует отдельно рассмотреть возможность существования электронов с зарядом -2 и -3 и более. Которые можно добыть в солнечной системе, если знать где. Например, такие электроны можно было бы поискать в ядре Луны, но не факт что они там есть. Электрон с зарядом -2 представляет из себя электрон, состоящий из двух обычных электронов и нескольких нейтральных электронов с зарядами -1/3+(+1/3) или более тяжёлых нейтральных электронов (+2/3)+(-2/3). Такие электроны получаются при реакции обычных электронов с позитронами, если правильно осуществить цикл синтеза при сверхвысоких температурах. Некоторое количество электронов с зарядом -2 существовало на заре формирования Солнечной системы, но по электрическим причинам, они перетекли в ядра массивных тел. Я даже не уверен, что они есть в ядре Луны, так как Луна недостаточно массивное тело, а может, их нет и в ядре Земли. Наиболее вероятное место, где их можно обнаружить и добыть кроме ядра Солнца, это конечно ядро Юпитера и Сатурна.
Электроны с зарядом -2 и более позволяют полностью изменять свойства атомов, создавая более прочные и тугоплавкие материалы более высокой плотности.
Следует отдельно уточнить, что в природе встречаются кварки более высоких уровней с зарядом +4/3 (и даже +15/2 и более), их сложно получить и они редко встречаются, их можно поискать в ядре Сатурна, но в Солнечной системе их может и не быть вовсе. Кварки более высоких уровней могут формировать протоны с зарядом +2 и электроны с зарядом -2 состоящие из одной частицы. Кварки с зарядом +4/3 можно изготовить в лаборатории из нейтрино высоких энергий, но это сложно.
Следует добавить, что мы сейчас умеем создавать атомы антиматерии, вплоть до антигелия 4. Анти ядра антиматерии могут заменить электроны с зарядом -5 и -6 и более. Причём создать антиуглерод с зарядом -6 намного проще чем электрон с зарядом -6. При этом антигелий будет даже лучше чем электрон.
Да учёные уже опускали антипротоны в ядра атомов, они существовали короткое время, потом (не сразу, а спустя микросекунды) аннигилировали. Антипротон, попав на место электрона, в принципе удерживается на этом месте также как электрон. Но поскольку он имеет большую массу и букет полей Ван дер вальса, то это создаёт приливные силы разрушающие атом, и в итоге приводящие к аннигиляции.
Очевидно, можно найти пути решения позволяющие стабилизировать атом. Во-первых, следует уделить внимание атомам рубидия и цезия, поскольку эти атомы хорошо отталкивают электроны и держат их дальше от ядра, чем другие атомы, что снижает приливные силы в несколько раз. Кроме того, следует обратить внимание на то, что радиус ядра очень мал в сравнении с самим атомом. А это значит, что антипротон попав в ядро атома, действует на ядро как на точечный заряд, и если уравновесить антипротон вторым антипротоном с противоположной стороны атома, то приливных сил не будет и система будет полностью стабильна.
Размещать второй антипротон напротив первого не нужно, они сами сделают это при низкой температуре и если их запустить на атом одновременно.
Также следует добавить, что антипротон изначально не является лучшей частицей для замены электрону. Было бы логично попытаться разместить наиболее тяжёлую частицу. Сейчас учёные умеют делать антигелий с зарядом -2, следовательно, лучше опускать в атом сразу антигелий. В идеале если брать ядро атома железа, то лучше всего засунуть туда хотя бы 4 ядра антиуглерода, дающие в сумме заряд -24. Железо и четыре атома антиуглерода будет стабильно, и получит сверхвысокую плотность и прочность. Полученный металл будет обладать гиперпрочностью и гипервысокой температурой плавления. (при маленьких давлениях суперметалл из железа и антиуглерода будет вести себя как инертный газ) Следует добавить что антиуглерод имеет в своём составе 6 антипротонов и 6 антинейтронов, а значит он имеет более высокий уровень осцилляции ядра, и излучает более сильные поля Ван дер вальса по сравнению с лёгкими частицами, такими как антипротон и антигелий, то есть попав в атом железа вместо электрона, антиуглерод в принципе будет оказывать меньшее разрушительное воздействие на атом, чем антипротон. То есть, создать стабильную частицу, используя антиуглерод проще, чем из антипротонов. Если время жизни частиц, в составе которых антипротон составляет микросекунды, то антиуглерод будет полностью стабилен.
Также уникальное железо с ядрами антиуглерода и (антигелием), будет являться источником уникальных ЭМ волн, (то есть сами электроны будут излучать другое ЭМ излучение, не такое как мы привыкли видеть) и сможет излучать особое поле Ван дер вальса. Металл, скорее всего, будет очень и очень дорогим, но потенциально может быть использован для создания наковален с опытами со сверхвысокими давлениями и сверхвысокими температурами. А также как источник особых излучений.
(не будем рассматривать абсолютную броню и ядра атомов в составе которых антипротоны)
Эти технологии необходимы, чтобы в финале прийти к металлам 1ого уровня аннигиляции. Даже если что-то из выше описанного не будет работать, или будет стоить просто запредельно дорого для любого практического использования. Эти исследования позволят получить необходимые знания, чтобы в финале прийти к металлу первого уровня аннигиляции, и через это придётся пройти всё равно.
Попытки пройти по выше описанному пути, дадут невероятные результаты для развития материаловедения.