50年前的力学难题解决了-物理学家证明2D和3D液体是根本不同的

时间:2020-01-29 19:16 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

50年前的力学难题解决了-物理学家证明2D和3D液体是根本不同的

一个50年的统计力学难题已经被一个国际研究团队解决了,他们已经证明了二维(2D)液体与三维(3D)液体具有根本不同的动力学特性。

研究人员通常使用2D实验和模拟来表示3D液体,因为2D的研究更容易进行。

通过这些研究,物理学家们的目标是用粒子的微观运动来理顺我们熟悉的宏观流体性质,例如粘度,而这些性质在二维中是可以直接可视化的。

新加坡南洋理工大学副教授Massimo Pica Ciamarra带领的研究小组开始研究这种“热运动”二维和三维液体中的原子。

50年前的力学难题解决了-物理学家证明2D和3D液体是根本不同的

通过纸笔计算和数值模拟相结合的方法,他们预测二维液体中的原子在有效“遗忘”之前可以移动很长的距离他们最初的位置。这种行为引起了原子的一种微妙的集体运动,这种运动以前只被认为发生在固体中。

为了证实他们的理论发现,研究人员进行了在显微镜下追踪胶体粒子运动的实验。在普通的三维液体中,这些粒子执行一种称为布朗运动的随机运动。

但在二维液体中,研究小组能够证明布朗运动是覆盖在大规模集体运动上的。这种集体运动以前被认为只发生在二维固体中,正如Mermin和Wagner在20世纪60年代所预测的那样。

新加坡南洋理工大学、印度尼赫鲁高级科学研究中心、中国科技大学和美国加州大学洛杉矶分校的研究人员证明了2D和3D液体的根本区别。他们的研究成果发表在11月的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

“我们的发现表明,二维液体和三维液体不仅是彼此的变体,而且是根本不同类型的物质。”Pica Ciamarra副教授说。

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“我们的发现有助于解释二维和三维液体的动力学特性之间的许多令人困惑的差异,这些差异已经在科学文献中报道过了。”Pica Ciamarra教授说。“只有在二维中,而不是在三维或更高维度中,弛豫时间与粒子的扩散率不是成反比的。”

从二维实验中提取三维液体动力学的相关信息;Y.-W博士补充说。李,这项研究的合著者,“研究人员需要开发一种方法来选择性地过滤掉观测到的集体粒子振荡的影响。”

参考文献:“二维液体中的长波长波动和反常动力学”李彦伟、钱丹·k·米什拉、孙兆炎、赵昆、托马斯·g·梅森、拉杰什·甘纳帕蒂和马西莫·皮卡·恰马拉,2019年10月28日,《美国国家科学院院刊》。

DOI: 10.1073 / pnas.1909319116

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