超流體與玻色-愛因斯坦凝聚
雙流體模型
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設想一杯液體,竟同時盛著兩種液體,它們彼此自由地穿流而過,卻從不混在一起——一種黏糊而尋常,另一種順滑而無摩擦。這幅奇異的畫面,正是物理學家想像轉變溫度以下的超流體的方式,它出人意料地輕鬆解釋了超流體那些最古怪的把戲。
雙流體模型把超流氦描述成兩個相互穿插的部分的混合:一個正常成分,承載著全部的熱,行為像任何黏滯液體;一個超流成分,以零黏度流動,全然不帶熱量,也不帶任何無序。它們並不是兩種分開的物質,而是同一批原子的兩個側面;隨著你把液體冷下去,超流的那一份從相變處的零開始長大,直到近絕對零度時幾乎是全部,而正常的那一份則縮減為零。
這模型之所以重要,是因為它把一堆令人摸不著頭腦的效應——噴泉、無摩擦滲漏、熱的波動——化作一幅整齊、可預測的圖景,至今仍是談論超流體的日常工作語言。一個誠實的提醒是:它是一幅圖景,而非字面上斷言液體被一分為二;你舀不出一瓶純粹的超流成分,因為這種劃分只是為運動記帳的一種方式,並非兩種能在物理上分開的流體。
雙流體圖景預言了超流氦裡一種古怪的「第二聲」——它不像普通聲音那樣是壓強的波,而是溫度的波:正常成分與超流成分朝相反方向來回湧動,而總密度幾乎紋絲不動。
第二聲:正常成分與超流成分反向湧動而生成的一道熱波。
只有正常成分攜帶熵與熱,所以一根放行超流、卻擋住正常成分的管子,會讓無摩擦的液體通過,而這液體實質上是完全冷的——這正是噴泉效應的根基。
又稱
另見