测量超流体中的雷诺相似度如何有助于证明量子粘度的存在

2024-11-22 06:35来源:本站

  

  Superfluids could share characteristic with common fluids

  每一种流体——从地球的大气到人体的血液——都有粘度,这是一种可量化的特性,描述了流体在遇到其他物质时会如何变形。如果粘度较高,流体就会平静地流动,这种状态被称为层流。当粘度降低时,流体由层流向湍流过渡。

  层流或湍流的程度被称为雷诺数,它与粘度成反比。动力学相似的雷诺定律,也称为雷诺相似,指出如果两种流体在不同长度尺度的类似结构周围流动,只要它们具有相同的雷诺数,它们在流体动力学上是相同的。

  然而,这种雷诺相似并不适用于量子超流体,因为它们没有粘度——至少,研究人员是这么认为的。现在,日本大阪都市大学南洋一郎理论和实验物理研究所的一名研究人员已经提出了一种检验超流体中雷诺兹相似的理论方法,该方法可以证明超流体中存在量子粘度。

  大阪城市大学理科研究生院讲师竹内博光博士在《物理评论B》上发表了他的方法。

  “长期以来,超流体一直被认为是雷诺相似定律的一个明显例外,”竹内说。他解释说,雷诺相似定律表明,如果两股流体的雷诺数相同,那么它们在物理上是相同的。“量子粘度的概念推翻了超流体理论的常识,这一理论已有半个多世纪的悠久历史。建立超流体的相似性是统一经典流体力学和量子流体力学的重要一步。

  然而,量子超流体可以有湍流,这就产生了一个量子难题:流体中的湍流需要耗散,那么没有粘性的超流体湍流如何经历耗散呢?它们必须有耗散,并可能遵循雷诺相似,但正确的方法来检验它尚未发展。

  竹内博士的理论是,这些特征可以通过分析一个固体球体如何落入超流体来检验。通过将球体下落的最终速度与球体在下落过程中遇到的流体阻力结合起来,研究人员可以确定雷诺兹相似度的类比。这意味着有效粘度,称为量子粘度,是可以测量的。

  “这项研究的重点是理解超流体中的量子湍流的一个理论问题,并表明,超流体中的雷诺兹相似可以通过测量物体在超流体中下落的最终速度来验证,”竹内博士说。

  “如果可以进行验证,那么这表明即使在绝对零度的纯超流体中也存在量子粘度。我迫不及待地想看到它通过实验得到验证。”

度享网声明:未经许可,不得转载。