超流体与玻色-爱因斯坦凝聚

临界速度

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在光滑的冰面上轻轻滑行,你能一路滑个没完;可一旦蹬得太猛,冰刀便“咬”进冰里,削起碎屑,把你拖慢。超流体也有它自己版本的这道极限:只要它动得够慢,就毫无摩擦地滑行;一旦把它推过某个速度,那无摩擦的魔法便骤然破裂。

临界速度,就是这道门槛速度。在它以下,超流体根本找不到一种温和的法子来损失能量——它没法把运动一点一点地卸掉,因为唯一能用的那些“一点”,都需要一份最低限度的能量,而缓慢的流动付不起。超过临界速度,流动终于攒够了手头的能量去制造那些激发——微小的涟漪或漩涡——而一旦它开始“生”出这些东西,摩擦便重新出现,电流也就像普通液体那样衰减下去。

它之所以重要,是因为它解释了超流为何既稳健、却又并非无条件:无摩擦的流动是缓慢、轻柔运动的特权,并且有一道硬性的天花板。一个诚实的提醒是:实验中真实的临界速度,往往远低于最简单的理论所预言的,因为粗糙的器壁、涡旋和零星的缺陷,给了流动比理想图景所设想的更容易开始损失能量的途径。

拖着一个微小物体缓缓穿过玻色-爱因斯坦凝聚,它会全然不受阻力;可一旦速度越过临界速度,凝聚体便忽然在它身后甩出一个个小漩涡,物体也感到了拖曳——研究者正观察到了这一起始的瞬间。

低于临界速度,毫无拖曳;高于它,凝聚体便甩出涡旋、开始阻挡。

临界速度不止一个:一个较低,由涡旋最先出现处决定;一个较高,由涟漪状激发开始登场处决定——实验通常先撞上较低的那个、由涡旋主导的极限。

又称
Landau critical velocity临界速度