在与庆应义塾大学、大阪市立大学研究生Satoshi Yui和Makoto Tsubota教授领导的研究小组的联合研究中,随着极低温条件下产生的量子湍流的发展,正常流体的速度分布发生了极大的变形. 我发现了。据说这是一个极大地接近阐明湍流的结果,湍流一直是数百年来的谜。

 在自然界中,存在着许多气体和液体流动受到复杂扰动的“湍流”。大约 500 年前,列奥纳多·达·芬奇 (Leonardo da Vinci) 绘制了湍流的草图,并推测“湍流由漩涡组成”。然而,湍流的机理和特性至今尚未完全阐明。

 据报道,当物质变为极低温度时,金属的电阻为零的“超导性”和流体中液体的粘度为零的“超流性”。已知在液氦中观察到的超流体现象以量子力学为主。

 理论物理学家兰道针对这种超流现象提出了一种“双流体模型”,其中一种失去粘性的超流体和一种具有粘性的正常流体混合在一起。双流体模型为阐明低温物理学中的各种现象做出了巨大贡献。另一方面,由量子涡流的变形和输运所表达的超流体和充满空间的无间隙的正常流体,如水,是异质和复杂的,因此仍然无法计算来解释实验结果。

 该研究小组通过将表示超流体运动的量子涡旋的方程与数学公式和表示正常流体流动的方程(纳维-斯托克斯方程)相结合,进行大规模的数值计算。结果,在世界上首次表明,当量子涡旋增长并产生蓬松的量子湍流时,正常流体的速度分布会发生大的变形。这证实了达芬奇的想法。

 预计这一成果将导致更复杂的流体和湍流行为的演示,并最终阐明湍流现象。

纸张信息:【物理评论快报】超流体4He中二流体模型的三维耦合动力学:热逆流中正常流体的变形速度剖面

庆应义塾大学

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