科学家们发现基本的物理常数决定了液体的流动程度

时间:2020-05-07 21:13 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

科学家们发现基本的物理常数决定了液体的流动程度

来自伦敦玛丽女王大学和俄罗斯科学院的科学家们已经发现了液体流质的极限。

粘度是一种衡量液体流动程度的指标,是我们每天在往水壶里倒水、洗澡、倒食用油或在空气中移动时都会经历的一种特性。

我们知道液体冷却时会变稠,加热时会变稀,但是如果我们一直加热,液体会变得多稀呢?

最后,液体沸腾,如果在足够高的压力下加热,就会变成气体或类似气体的致密物质。在它在类液体和类气体状态之间转变的那一点是粘度的最小值。

粘度被认为是不可能从理论上计算出来的,因为它在很大程度上取决于液体的结构、组成、相互作用以及复杂的外部条件。诺贝尔奖获得者史蒂芬·温伯格将计算水的粘度的困难比作计算基本物理常数的问题,这些常数构成了我们宇宙的结构。

科学家们发现基本的物理常数决定了液体的流动程度

尽管有这样的困难,研究人员还是开发出了这样一个方程。

在这项发表在《科学进展》杂志上的研究中,他们发现有两个基本的物理常数控制着液体的流动性。物理常数,或自然常数,是物理宇宙中可测量的不变的性质。

他们的方程将基本粘度的最小值(粘度和每分子体积的乘积)与支配量子世界的普朗克常数以及无量纲的质子与电子质量比联系起来。

伦敦玛丽女王大学的克斯特亚·特拉琴科教授是这篇论文的主要作者,他说:“这个结果令人吃惊。粘度是一个复杂的性质,在不同的液体和外部条件下变化很大。然而,我们的结果表明,所有液体的最小粘度是简单而普遍的。

发现这个极限也有实际意义。适用于需要低粘度的化工、工业或生物过程的新流体。这一点很重要的一个例子是,最近使用超临界流体处理和溶解复杂废物的绿色和环境清洁的方法。

在这种情况下,所发现的基本极限为我们的目标提供了有用的理论指导。它还告诉我们,我们不应该浪费资源试图超越基本极限,因为自然常数将塑造粘度在这一点或以上。

基本物理常数,特别是无量纲常数(不依赖于物理单位选择的基本常数)被认为定义了我们生活的宇宙。在质子-电子质量比和另一个无量纲常数,精细结构常数之间的精细平衡,控制着恒星的核反应和核合成,从而产生包括碳在内的基本生化元素。

这种平衡提供了一个狭窄的宜居地带。在那里恒星和行星可以形成,支持生命的分子结构可以出现。稍微改变一个无量纲的基本常数,宇宙就会变得非常不同,没有恒星、重元素、行星和生命。

特拉琴科教授说:“较低的基本极限提醒我们,大自然的基本常数是如何影响我们的日常生活的。我们从早上沏一杯茶开始,就把它们的总体规律扩展到具体而复杂的性质,比如液体的粘度。”

瓦迪姆Brazhkin,该研究从俄罗斯科学院,补充道:“没有,有迹象表明,液体粘度的基本下限可能与截然不同的物理区域:黑洞以及新物态,夸克-胶子等离子体,它出现在非常高的温度和压力。探索和欣赏这些和其他的联系是科学如此令人兴奋的原因。

参考文献:最小量子粘度来自基本物理常数;by K. Trachenko和V. Brazhkin, 2020年4月24日,科学进展。

DOI: 10.1126 / sciadv.aba3747

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