网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

李白不知道的第四种月光:“液体刺客” 超流体能有多丝滑?

0
分享至

超导,你一定不会陌生。它是指某一材料在低温条件下,电阻为零的状态(详见《知识就是力量》2023年5月刊)。但超导还有一个“孪生兄弟”——超流。什么是超流?它有哪些应用?让我们一起来了解一下吧!

走进神奇的低温世界

“床前明月光,疑是地上霜”。1200多年前,当李白独自在异乡的房间里踱步时,洒进屋子里的月光应该足够清冷,让这位大诗人把平日里对月光如水的赞叹变成了如霜的哀怨。而这句关于相态变化的描写,也留在了人们的记忆中。

那么,什么是“相态”呢?

在我们所处的世界中,固体、液体和气体是3种再熟悉不过的相态。然而,如果世界上的物质还存在一种叫作“超流体”的相态,你是否会大吃一惊呢?

我们知道,液体流动的快慢与其黏性有关——越黏稠的液体,流动起来就越困难。例如,对比自来水和蜂蜜就可以看出来,蜂蜜黏稠,所以流动得比自来水慢。但是,有些物质在低温条件下,却具有超常的流动能力,这就是超流体。

发现超流的曲折之路

要探究超流体的发现历史,就让我们穿越时间,回到100多年前。

1908年,荷兰科学家卡莫林·昂内斯通过液化氦气,将人造低温的极限下探到了4.2开尔文(零下268.95摄氏度)。人造低温让研究人员有了更多神奇的发现——当液氦处于大约2.2开尔文(零下270.95摄氏度)时,它的比热容(表示物体吸收和释放热量的能力)曲线是不连续的。也就是说,不同温度下的液氦吸收热量的能力有很大差异。奇怪的是,液氦仍旧保持着液体的形态,而没有发生形态上的变化。

要知道,同一种物质在同一形态下,比热容应该是一个不变的定值。只有物质的形态发生改变,比热容才会改变。例如,液态水的比热容是4.2×10³焦/(千克·摄氏度),是一个不变的定值;当液态水变成冰时,冰的比热容是2.1×10³焦/(千克·摄氏度),也是一个不变的定值。

科学家提出,在低于2.17开尔文(零下270.98摄氏度)时,液氦发生了相变(如果一样东西由一种物质均匀组成,拥有均匀的物理与化学性质,则称这种东西只具有一种相。当物质从一种相态转变为另一种相态时,就可以说这种物质发生了相变),即在低于2.17开尔文(零下270.98摄氏度)时,看似波澜不惊、表面毫无变化的液氦,实际上已经拥有了完全不同的物理、化学性质,成了另一个相。科学家把变化前的液氦称为氦Ⅰ,而把变化后的液氦称为氦Ⅱ。

科学发现从来都不是一蹴而就的。发现液氦的神奇性质的许多年后,经过无数次尝试,苏联科学家卡皮查在一次实验中让氦Ⅱ流过两块间距极小的平行玻璃板。此时,本该由于黏性而流动缓慢、直至停止的氦Ⅱ仿佛不受任何阻力,而且,两片玻璃板间的缝隙无论多小,氦Ⅱ都能一路畅行无阻,这就是超流现象。

超流的“超能力”

超流体具有许多不可思议的性质:

“超能力”之一:超流体似乎不存在任何黏性,能够从直径为1微米(1厘米的1/10000)的小孔中倾泻而出。

“超能力”之二:拥有极高的热导率,导热性从氦Ⅰ到氦Ⅱ增加了100万倍,约为室温下导热性较好的金属铜的800倍。这是因为超流体热传导速度极快,使其内部几乎不存在温差。

“超能力”之三:存在“第二声波”现象。如图所示,常见的热传导是扩散过程,热流的速率与温差成正比;而超流体的热传导是通过波的形式,以固定的速度(在1.6开尔文时约为20米/秒)均匀地将热量传递出去。

“第二声波”是苏联科学家朗道取的名字。因为和声波一样,温度会以波的形式传播、衰减,故得此名。

“畅游”在科学前沿的超流

超流体在很多高精尖的科技领域具有重要的应用价值。

研制量子计算机是当前世界科技前沿的最大挑战之一,它是遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。

例如,我们可以将27分解成3×9,将14分解成2×7……两位数的分解看起来并不复杂,但是当把27或14换成一个5000位的数字时,普通计算机需要用50亿年的时间,而量子计算机只需要2分钟!

我国已研制出祖冲之二号、九章三号等量子计算原型机,在这一领域处于世界第一方阵。

量子计算机的电路对环境温度极为敏感,需要在极低温条件下运行,这让量子计算机的重要配套设备——稀释制冷机有了用武之地。它以超流体液氦为主要材料,能够为量子计算机提供接近绝对零度的环境。由于几乎没有黏性,超流体液氦在散热装置内能够实现自循环,制冷效果好、能耗低。

超流因其在低温物理领域神奇的特性,依旧处在物理学研究的热点与前沿,吸引着一批又一批科研人员投入对超流现象与性质的研究。或许在不远的将来,当超流背后的秘密被完全揭开时,一个崭新的世界将出现在我们眼前!

责任编辑|高琳岳焕琦

运营编辑|岳焕琦

质量审核 | 赵青云 王维嘉

图文来源 | 《知识就是力量》杂志《超流 —— 量子世界的“冰封舞者”》,撰文/陈子昂 刘玉柱(南京信息工程大学),原文有删改,原创作品转载请注明来源。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
人妻熟女公路车骑行随拍,紧身骑行服尽显丰腴动人曲线

人妻熟女公路车骑行随拍,紧身骑行服尽显丰腴动人曲线

只要高兴就好
2026-10-12 09:33:02
美国著名经济学家理查德•沃尔夫有一个观点:中国的制度优势让美国感到害怕,这是一切问题产生的根源

美国著名经济学家理查德•沃尔夫有一个观点:中国的制度优势让美国感到害怕,这是一切问题产生的根源

扶苏聊历史
2026-10-10 10:45:44
在读博士75.36万人,很多人说博士已经不值钱,其实只是大家看错

在读博士75.36万人,很多人说博士已经不值钱,其实只是大家看错

金哥说新能源车
2026-10-11 10:31:35
55岁郎永淳现状:妻子退休金只有3000,海归儿子待业,他停不下来

55岁郎永淳现状:妻子退休金只有3000,海归儿子待业,他停不下来

娱说瑜悦
2026-10-10 21:12:17
尼克斯5换9送出唐斯+达迪耶+次轮换回琼斯+米西等人+5首轮可行?

尼克斯5换9送出唐斯+达迪耶+次轮换回琼斯+米西等人+5首轮可行?

刘哥谈体育
2026-10-12 08:44:28
远离满嘴“家国大义”的人

远离满嘴“家国大义”的人

难得君
2026-10-04 14:53:26
跑调?教练调侃郑钦文:打网球只是你的爱好!唱歌才是你真正的工作

跑调?教练调侃郑钦文:打网球只是你的爱好!唱歌才是你真正的工作

桃叶渡春
2026-10-12 07:31:26
江苏一医生因先救重伤患儿,后面家长不满要等待,插队不成当场打电话投诉接诊医生

江苏一医生因先救重伤患儿,后面家长不满要等待,插队不成当场打电话投诉接诊医生

医脉圈
2026-10-11 20:06:15
足球报:安东尼奥大概率执教国奥,备战时间只剩7个月

足球报:安东尼奥大概率执教国奥,备战时间只剩7个月

懂球帝
2026-10-12 12:23:58
为何有人家子孙兴旺,有的却人丁稀少,观音菩萨:根源在于2个字

为何有人家子孙兴旺,有的却人丁稀少,观音菩萨:根源在于2个字

第四思维
2025-08-25 22:03:31
因水土不服,海南大学一名2025级本科生,申请转入吉林师范大学,看了转出转入专业后,网友觉得很值!

因水土不服,海南大学一名2025级本科生,申请转入吉林师范大学,看了转出转入专业后,网友觉得很值!

凯旋学长
2026-10-10 23:14:11
百万粉丝大V“理记”发长文宣布退网:这次是全平台彻底退场,并非只有微博,不会留下网络踪迹;自媒体带来的收入名气等吸引力已耗尽

百万粉丝大V“理记”发长文宣布退网:这次是全平台彻底退场,并非只有微博,不会留下网络踪迹;自媒体带来的收入名气等吸引力已耗尽

大风新闻
2026-10-12 12:12:10
花3千万买南京顶豪,回家先钻市政隧道?业主怒了,开发商喊冤

花3千万买南京顶豪,回家先钻市政隧道?业主怒了,开发商喊冤

阿芒娱乐说
2026-10-12 00:47:59
为什么接到陌生来电要先沉默三秒?

为什么接到陌生来电要先沉默三秒?

极目新闻
2026-10-11 07:33:18
别再吹冠军了!全红婵最值钱的根本不是金牌

别再吹冠军了!全红婵最值钱的根本不是金牌

小椰的奶奶
2026-10-12 05:05:36
1955年大授衔时,迟浩田自报“大尉”军衔未被认可,最终获授何军衔?

1955年大授衔时,迟浩田自报“大尉”军衔未被认可,最终获授何军衔?

文史漫笔
2026-10-12 13:45:12
从前觉得大家夸大了林志玲的眼光,偶然翻到这张照片,反复回味之后,才发觉确实不简单

从前觉得大家夸大了林志玲的眼光,偶然翻到这张照片,反复回味之后,才发觉确实不简单

背包旅行
2026-09-14 18:02:42
“考国防吧,敌人一句话也套不出来”,小学女孩自带加密系统火了

“考国防吧,敌人一句话也套不出来”,小学女孩自带加密系统火了

世界圈
2026-10-08 09:14:43
二十八岁,我才和继父有了第一次相拥,此生感念他的守护

二十八岁,我才和继父有了第一次相拥,此生感念他的守护

大熊欢乐坊
2026-10-10 09:32:47
梅艳芳灵位刻意低调未放本名及照片,骨灰在24小时监控下失踪,梅妈直至离世前都不知情,梅启明痛哭:接到记者电话才得知,悬赏5万求线索

梅艳芳灵位刻意低调未放本名及照片,骨灰在24小时监控下失踪,梅妈直至离世前都不知情,梅启明痛哭:接到记者电话才得知,悬赏5万求线索

新快报新闻
2026-10-11 21:29:07
2026-10-12 14:24:49
知识就是力量杂志 incentive-icons
知识就是力量杂志
《知识就是力量》 创刊于1956年,是中国科学家为青少年创作的跨学科、深阅读科普核心期刊。
9553文章数 398432关注度
往期回顾 全部

头条要闻

19岁女孩黄河边失联6天仍未找到 家属否认"逼婚"传闻

头条要闻

19岁女孩黄河边失联6天仍未找到 家属否认"逼婚"传闻

体育要闻

英超-曼城3-0十人利物浦 豪取6连胜领跑

娱乐要闻

梅启明自资办梅艳芳追思会,34人到场

财经要闻

尊界,是江淮的救命车还是失血引擎?

科技要闻

尊界:10月底确认制动踏板支架升级方案

汽车要闻

大6座插混SUV新选择 阿维塔T09概念版亮相巴黎车展

态度原创

艺术
教育
房产
数码
亲子

艺术要闻

17幅 中国当代画家作品欣赏

教育要闻

日常英语:订好的公共交通提前离开了

房产要闻

太夸张了!海口全城的霸王茶姬,都“挤”爆了!

数码要闻

349元雅浚G6 PRO风冷散热器上市:六热管双塔,12cm+13cm双风扇支持280W解热

亲子要闻

14岁女孩肚子越来越大,高高隆起像怀孕,妈妈坐不住了带去检查;医生:这种病容易发现得晚,或被当做“发育”草草略过

无障碍浏览 进入关怀版