Все новости

Найден квантовый предел текучести жидкостей

Он действует для всех типов жидкостей, кроме самых экзотических вроде сверхтекучего гелия

ТАСС, 25 апреля. Физики выяснили, что у текучести неэкзотических жидкостей есть четкий предел, который определяют законы квантовой механики. Выводы ученых опубликовал научный журнал Science Advances.

"Мы получили очень удивительные результаты. Как правило, вязкость жидкости – это очень сложное свойство, которое сильно различается для разных типов веществ и разных условий. Наши же расчеты и эксперименты показывают, что минимальная вязкость очень проста и одинакова для всех жидкостей", – пояснил один из авторов работы, профессор Лондонского университета королевы Марии Константин Траченко.

Почти все элементы и химические соединения, которые есть во Вселенной, могут принимать четыре разных агрегатных формы материи – превращаться в твердое тело, жидкость, газ или плазму. Жидкости занимают своеобразное промежуточное положение между газами и твердыми телами, они могут принимать почти любую форму, но при этом сохраняя объем и связи между отдельными молекулами.

Одни из главных характеристик любой жидкости – ее текучесть и вязкость, они отражают то, насколько сильно эта форма материи сопротивляется деформациям. Текучесть и вязкость показывают, как устроены молекулы жидкости и то, как они взаимодействуют между собой.

Фундаментальные ограничения природы

Для многих жидкостей, к примеру, сахарного сиропа или кетчупа, вязкость зависит не только от температуры и силы деформаций, но и от множества других параметров. Из-за этого просчитать вязкость для почти всех жидких форм веществ с помощью одних теоретических выкладок нельзя, объясняет профессор Траченко.

Используя принципы квантовой механики, британский физик и его российский коллега, директор Института физики высоких давлений РАН Вадим Бражкин, выяснили, что у вязкости есть теоретический предел, который работает для всех жидкостей одинаково.

Расчеты неожиданным образом показали, что минимальная вязкость любой жидкости или же ее максимальная текучесть зависит только от двух фундаментальных констант – постоянной Планка и соотношения массы протона и электрона. Все остальные свойства материи, в том числе ее молекулярный состав, не влияли на этот параметр.

Ученые отмечают, что для различных экзотических жидкостей, таких как сверхтекучий жидкий гелий или конденсат Бозе-Эйнштейна, этот предел не характерен, так как они ведут себя не как вода или другие формы жидкой материи, а как единый квантовый объект. С другой стороны, он работает для всех классических вариаций этой агрегатной формы материи, что налагает ограничения на пределы возможного в самых разных областях физики.

"Существуют свидетельства того, что этот предел может быть связан с самыми разными областями науки, в том числе физикой черных дыр, новыми состояниями материи и устройством кварково-глюонной плазмы, которая возникает при сверхвысоких температурах и давлениях. Изучение подобных связей делает науку особенно интересной", – подытожил Бражкин.