超流是什么？它有哪些“超能力“？

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

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。

对比自来水和蜂蜜就可以看出，越黏稠的液体，流动起来越困难

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”现象示意图

“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。

祖冲之号量子计算原型机模型

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 | 赵青云

运营编辑 | 赵青云

质量审核 | 李雅欣 王维嘉

图片来源 |《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。

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