ควอนตัมวน

หยิบแก้วกาแฟแล้วจิบกาแฟยามเช้ารอบๆ และรอบๆ แล้วกระแสน้ำวนที่หมุนวนจะปรากฏขึ้น วงแหวนที่หมุนวนซึ่งมีกระแสน้ำวนและคลื่นเป็นคลื่น เป็นไปตามกฎของความปั่นป่วนแบบคลาสสิก ซึ่งวิศวกรและนักฟิสิกส์ประยุกต์มักเรียกร้องให้ศึกษาว่าอากาศไหลผ่านปีกเครื่องบินอย่างไรหรือเลือดไหลผ่านหลอดเลือดขนาดเล็กอย่างไรการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นว่ากระแสวนควอนตัมอาจมีลักษณะอย่างไรในวัสดุที่ปั่นป่วนมาโกโตะ สึโบตะ

โดยการโรยอนุภาคน้ำแข็งที่ทำจากไฮโดรเจน (สีขาว) 

ลงในฮีเลียมซุปเปอร์คูล (สีดำ) นักวิจัยสามารถชมกระแสน้ำวนควอนตัมมาบรรจบกันแล้วบินหนีจากกันแบบเรียลไทม์ (แสดงภาพนิ่งภาพยนตร์สี่เรื่อง)

เอนริโก ฟอนดา/ม. ของทีม MARYLAND QUANTUM FLUIDS

กำลังเชื่อมต่อ | นักฟิสิกส์ Richard Feynman ทำนายว่ากระแสน้ำวนที่มีลักษณะเหมือนเส้นสปาเก็ตตี้จะปรากฏขึ้นในของเหลวควอนตัมเมื่อเติมพลังงาน – กล่าวโดยการหมุนวน ปฏิกิริยาระหว่างกระแสน้ำวนเหล่านี้อาจช่วยกระจายพลังงานในระบบดังกล่าว

ที่มา: MS PAOLETTI ET AL/PHYSICA D: ปรากฏการณ์ไม่เชิงเส้น 2010, MS PAOLETTI และ DP LATHROP/ANNU รายได้ คอนเดนเสท สสาร สสาร. 2011 เครดิต: JANEL KILEY

เขย่าถ้วยของเหลวควอนตัมแทน และคุณยังได้รับกระแสน้ำวน แต่ไม่มีอะไรที่เหมือนกับพายุทอร์นาโดในเครื่องดื่มยามเช้าของคุณ

กระแสน้ำวนควอนตัมอาจดูเหมือนวงแหวนเล็ก ๆ ที่แตกเป็นวงเล็ก ๆ น้อย ๆ แล้วหดตัวออกไปโดยสิ้นเชิง เมื่อเชื่อมต่อกันครู่หนึ่ง ต่อมาดูเหมือนว่าจะโค้งงอราวกับใช้กรรไกรตัด บางครั้งเส้นเหล่านี้พันกันราวกับขนแมวบนพรม และพวกเขาสามารถข้ามกันเป็นตัวอักษร X สลับปลายแล้วยิงออกไปด้วยความเอร็ดอร่อยของหนังยางที่เหวี่ยงออกจากนิ้วของนักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 3 ที่ซุกซน

สถานการณ์ดังกล่าวมีมากกว่าความวุ่นวายบนโต๊ะอาหารเช้า 

นี่คือโลกแห่งความปั่นป่วนของควอนตัมที่แปลกประหลาด ซึ่งไม่ได้ปรากฏขึ้นในถ้วยกาแฟ แต่ในฮีเลียมที่เย็นจัด สสารเย็นที่แปลกประหลาดประเภทอื่นๆ และบางคนคิดว่าเป็นโครงสร้างของจักรวาล

นักฟิสิกส์ Richard Feynman ทำนายการมีอยู่ของกระแสน้ำวนควอนตัมเมื่อกว่าครึ่งศตวรรษก่อน แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์สามารถสังเกตพฤติกรรมของกระแสน้ำวนด้วยตาเปล่าได้ ขณะนี้นักวิจัยกำลังกวนของเหลวควอนตัมเพื่อดูว่าความคิดของ Feynman นั้นถูกต้องหรือไม่ และก้าวต่อไปเพื่อค้นหารายละเอียดที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อหินควอนตัมไหลลื่นเพื่อพักผ่อน การทำความเข้าใจความปั่นป่วนในของเหลวเหล่านี้อาจให้เบาะแสเกี่ยวกับความลึกลับทางดาราศาสตร์ได้เช่นกัน การขับก๊าซออกจากดวงอาทิตย์อย่างรุนแรงอาจเป็นไปตามการเปลี่ยนแปลงที่แปลกประหลาดแบบเดียวกัน และการคิดเกี่ยวกับเอกภพในยุคแรกในฐานะผ้าที่เต็มไปด้วยกระแสน้ำวนอาจช่วยอธิบายช่องว่างที่ไม่คาดคิดในจักรวาลได้

การหมุนตามทฤษฎี

กฎฟิสิกส์เปลี่ยนไปอย่างมากเมื่อกลศาสตร์ควอนตัมมาถึง ซึ่งอธิบายว่าอนุภาคขนาดเล็ก เช่น อิเล็กตรอนเล่นอย่างไร ในโลกควอนตัม อนุภาคสามารถทำหน้าที่เหมือนจุดซิปในหนึ่งนาทีและกระดิกเหมือนคลื่นในครั้งต่อไป และอนุภาคไม่สามารถมีพลังงานได้ในปริมาณเท่าใดก็ได้ พวกมันถูกจำกัดอยู่ในระดับเฉพาะ เรียกว่าสถานะเชิงปริมาณ

โดยปกติความแปลกประหลาดของควอนตัมจะปรากฏเฉพาะในไมโครเวิร์ล ( SN: 11/20/10, p. 15 ) แต่บางครั้งระบบที่ใหญ่กว่าก็แสดงพฤติกรรมที่แปลกประหลาดเช่นกัน ในปี 1937 นักฟิสิกส์ค้นพบว่าฮีเลียมเย็นตัวจนอยู่เหนือกระแสศูนย์สัมบูรณ์โดยแทบไม่มีความหนืด ซึ่งเป็นคุณสมบัติแปลกใหม่ที่เรียกว่าของเหลวยิ่งยวด Lev Landau นักทฤษฎีเรื่องย่อชาวรัสเซียอธิบายว่า superfluidity เกิดขึ้นเมื่ออะตอมรวมตัวกันในสถานะควอนตัม ซึ่งบังคับให้สูญเสียเอกลักษณ์ที่แยกจากกันและทำหน้าที่เป็นหนึ่งเดียว และเขาได้พัฒนาคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของพฤติกรรมนั้น

แล้วจะเกิดอะไรขึ้นกับอนุภาคที่รวมกันเป็นหนึ่ง ถ้ามีคนหมุนแก้วควอนตัมเหลวอย่างไม่ตั้งใจ

คณิตศาสตร์ของ Landau ชี้ให้เห็นว่าอนุภาคเนื่องจากอยู่ในสถานะพลังงานต่ำ ต้องการที่จะอยู่นิ่ง ดังนั้นการโน้มน้าวให้ซุปเปอร์ฟลูอิดหมุนได้เหมือนพายุทอร์นาโดที่กำลังหมุนอยู่นั้นจะต้องใช้พลังงานจำนวนมหาศาล

Feynman จินตนาการในบทความที่ตีพิมพ์ในปี 1955 ว่าของเหลวจะกระเพื่อมในแบบที่ไม่คุ้นเคยกับนักดื่มกาแฟ เป็นไปตามความต้องการของรถม้าและยังคงดูดซับพลังงานจากแก้วที่หมุนได้ รูในของเหลวหรือกระแสน้ำวนควอนตัมจะก่อตัวขึ้น แต่ไม่มีอะไรจะหมุนวนอยู่ภายในนั้น ตราบใดที่แก้วยังหมุนอยู่ กระแสน้ำวนก็จะเรียงกันเป็นโครงตาข่ายที่เป็นระเบียบ

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเหยือกหยุดหมุนแม้ว่าจะเป็นเรื่องที่น่าสนใจที่สุด รูซึ่งเป็นช่องว่าง 3 มิติที่มีลักษณะเหมือนเส้นสปาเก็ตตี้จะตกลงมาที่ผนังของเหยือกหรือสายพันกันในลักษณะที่ซับซ้อน พลังงานที่เพิ่มเข้ามาจะต้องไปที่ใดที่หนึ่ง: Feynman คาดการณ์ว่าการหลบหนีอย่างรวดเร็วนั้นจะทำให้กระแสน้ำวนสองแห่งชนกันและแยกออกจากกัน บางครั้งพวกเขาสามารถวนกลับมาทำ SpaghettiOs และปลดปล่อยพลังงานโดยเรียงเป็นวงเล็ก ๆ

แนะนำ : รีวิวเครื่องใช้ไฟฟ้า | รีวิวอาหารญี่ปุ่น| รีวิวที่เที่ยว | ดาราเอวี