Обнаружено, до какой степени текучей может быть жидкость Фото: Фундаментальные константы физической вселенной определяют основы всего. Phys.org
  • Дата:26.04.2020
  • Просмотры:302
  • Источник: Phys.org

Ученые из Российской академии наук и Лондонского университета королевы Марии нашли предел того, до какой степени текучей может быть жидкость

Вязкость, мера текучести жидкости, - физическое свойство, c которым приходится сталкиваться ежедневно, будь то наполнение водой чайника, принятие душа, растекание растительного масла по твердой поверхности или перемещение объекта в водной среде.

Известно, что жидкость становится более густой при охлаждении и более текучей при нагреве. Но в какой степени будет меняться текучесть жидкости, если ее температура продолжит расти?

В конце концов, жидкость вскипит и станет газом или плотным газообразным веществом, если нагрев будет происходить при достаточно высоком давлении. В точке, где происходит переход между жидкой фазой и газообразным состоянием, находится минимальное значение вязкости.

Считается, что вязкость невозможно рассчитать теоретически, поскольку она сильно зависит от типа жидкости, ее состава и внутренних взаимодействий, а также внешних условий.

Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг сравнил сложность расчета вязкости жидкости с проблемой вычисления фундаментальных физических констант, использующихся в описании структуры нашей Вселенной. Несмотря на эти трудности, исследователи всё же смогли разработать уравнение для ее вычисления.

В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, говорится, что две фундаментальные физические константы определяют, насколько текучей может быть жидкость. Физические константы характеризуются свойствами физической вселенной и никогда не меняются.

Уравнение связывает минимальное значение элементарной вязкости (произведение вязкости и объема на молекулу) с постоянной Планка, которая управляет квантовым миром, и безразмерным отношением массы протона к электрону.

Профессор Костя Траченко, один из ведущих авторов исследования и представитель Лондонского университета королевы Марии, сказал: «Это поразительно. Вязкость - сложное для определения свойство, сильно зависящее от разных характеристик жидкостей и внешних условий. Однако полученные результаты показывают, что минимальная вязкость всех жидкостей может быть простым и универсальным значением».

Практическая польза от обнаружения этого предела тоже есть. Расчет можно применять там, где требуется узнать характеристики вновь открываемых жидкостей с низкой вязкостью для химического, промышленного или биологического процессов.

Одним из важных примеров является недавние исследования сверхкритических жидкостей для экологически чистых способов обработки и растворения сложных отходов.

В этом случае обнаруженный фундаментальный предел служит фундаментальной базой того, чего можно достичь. Это также говорит о том, что не надо впустую тратить ресурсы, пытаясь преодолеть фундаментальный предел, потому что законы природы не позволят этого сделать.

Считается, что фундаментальные физические принципы и, в частности, безразмерные константы (фундаментальные константы, которые не зависят от выбора физических единиц) определяют реальность, в которой мы живем.

Точно настроенный баланс между отношением массы протона к электрону или другой безразмерной константой - это постоянная тонкой материи, которая управляет ядерными реакциями и ядерным синтезом в звездах, приводящих к появлению различных биохимических элементов, включая углерод.

Этот баланс обеспечивает узкую «обитаемую среду», где могут образовываться звезды и планеты, и могут возникать жизненно важные молекулярные структуры. Немного измените одну из безразмерных фундаментальных констант, и Вселенная станет совсем другой, без звезд, тяжелых элементов, планет и жизни.

Профессор Траченко сказал: «Нижний фундаментальный предел напоминает о том, как фундаментальные физические константы влияют на мир ежедневно, начиная от приготовления утренней чашки чая, используя общее правило в конкретном примере».

Вадим Бражкин, второй их ведущих авторов исследования и представитель Российской академии наук, добавил: «Есть признаки того, что фундаментальный нижний предел вязкости жидкости может быть связан с очень разными областями физики: черными дырами, а также новым состоянием вещества, кварк-глюонной плазмой, которая появляется при очень высоких температурах и давлении. Изучение и оценка этих и других связей - вот что делает науку такой захватывающей».

Комментарии

Написать комментарий

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности