超流体与玻色-爱因斯坦凝聚
双流体模型
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设想一杯液体,竟同时盛着两种液体,它们彼此自由地穿流而过,却从不混在一起——一种黏糊而寻常,另一种顺滑而无摩擦。这幅奇异的画面,正是物理学家想象转变温度以下的超流体的方式,它出人意料地轻松解释了超流体那些最古怪的把戏。
双流体模型把超流氦描述成两个相互穿插的部分的混合:一个正常成分,承载着全部的热,行为像任何黏滞液体;一个超流成分,以零黏度流动,全然不带热量,也不带任何无序。它们并不是两种分开的物质,而是同一批原子的两个侧面;随着你把液体冷下去,超流的那一份从相变处的零开始长大,直到近绝对零度时几乎是全部,而正常的那一份则缩减为零。
这模型之所以重要,是因为它把一堆令人摸不着头脑的效应——喷泉、无摩擦渗漏、热的波动——化作一幅整齐、可预测的图景,至今仍是谈论超流体的日常工作语言。一个诚实的提醒是:它是一幅图景,而非字面上断言液体被一分为二;你舀不出一瓶纯粹的超流成分,因为这种划分只是为运动记账的一种方式,并非两种能在物理上分开的流体。
双流体图景预言了超流氦里一种古怪的“第二声”——它不像普通声音那样是压强的波,而是温度的波:正常成分与超流成分朝相反方向来回涌动,而总密度几乎纹丝不动。
第二声:正常成分与超流成分反向涌动而生成的一道热波。
只有正常成分携带熵与热,所以一根放行超流、却挡住正常成分的管子,会让无摩擦的液体通过,而这液体实质上是完全冷的——这正是喷泉效应的根基。
又称
另见