CASTLE.PRI.EE

В науке имеется множество загадочных явлений, разгадки которых у учёных отсутствуют. Внимательный читатель спросит: «А где разгадка?» Учёные, чтобы избежать вопросов, вместо термина «загадка» стали применять понятия «эффект», «явление», «коэффициент» и другие. Теперь читатель будет думать, что разгадка имеется.

Одно из таких загадочных явлений – сверхтекучесть. Она возникает при очень низких температурах, около абсолютного нуля. Имелось сообщение, что корейские учёные получили сверхпроводимость при комнатной температуре. При этом возникает квантовая левитация.

Это похоже фантастику. Представьте, вы пытаетесь наполнить ёмкость жидкостью. Но она вытекает через стенки наружу. Более того, та жидкость, которая попала внутрь, пытается выползать обратно, как живое существо. Например, такое происходит со сверхтекучим гелием.

Учёные считают, что сверхтекучесть – это состояние вещества, при котором оно теряет вязкость (внутреннее трение). В результате чего вещество способно легко проходить через капилляры и узкие щели без какого-либо трения.

Например, сверхтекучий гелий может вытекать из сосуда тонкой жидкой плёнкой, образовавшейся на стенках этого сосуда. Благодаря сверхтекучести он способен циркулировать по кругу более 18-ти часов. Обычно, замедление происходит из-за трения. В данном случае на это действуют какие-то загадочные квантово-механические явления.

Вероятно, впервые сверхтекучий гелий был получен в 1908-м году. Камерлинг-Оннес измерил плотность гелия, и выяснил, что она достигает своего максимума при 2,17 кельвинов. Кроме того, измеряя теплоёмкость жидкого гелия, он заметил, что ниже этой температуры значения очень сильно отличаются. Учёный объяснил эту загадку ошибкой измерения.

В 1922-м году Камерлинг-Оннес зафиксировал ещё одно загадочное явление. Он поместил открытый дьюаровский сосуд с жидким гелием в другой такой сосуд, также заполненный жидким гелием. Учёный обнаружил одновременное испарение гелия из обеих ёмкостей.

Позже был проведён другой опыт. Когда перелили гелий из одной ёмкости в другую, то спустя короткое время уровни жидкости в обоих сосудах выровнялись. Эта загадка была названа эффектом Камерлинга-Оннеса (вроде, как разгадали). Значительно позже учёные решили, что гелий образовывал тонкую плёнку поверх каждой из ёмкостей, в результате чего перетекал из одного сосуда в другой. Осталось загадкой, почему гелий остался в сосудах, мог бы и вытечь наружу. Возможно, у него там гнездо?

В 1927-м году учёные измерили теплопроводность, теплоёмкость и диэлектрическую проницаемость жидкого гелия. Они выяснили, что происходит резкий прыжок около критической температуры. Эта загадка породила понятие фазовый переход гелия (это разгадка?).

При фазовом переходе, например, из жидкого в газообразное состояние, веществу требуется энергия. Однако, фазовый переход гелия происходил без расходования энергии. Из этой загадки появилась концепция фазовых переходов второго рода (снова появилась «разгадка»). Чтобы «разгадка» была более полной, для фаз гелия с температурой выше и ниже критической были придуманы термины «гелий-1» и «гелий-2».

Наконец, в 1938-м году сверхтекучесть была открыта Петром Капицей, и параллельно с ним, Джонам Аленом и Доном Мисенером. Они выяснили, что гелий-2 имеет практически нулевую вязкость. Капица исследовал протекание через сверхтонкие щели, а Ален и Мисенер – через тонкие капилляры. Появилась новая загадка. В первом случае вязкость была нулевой, а во втором – отличалась от нуля.

Чтобы избавиться от этой загадки, была предложена теория сверхтекучести. Чтобы отгадка была понятней, решили, что гелий-2 – это смесь двух компонент (обычной и сверхтекучей). При этом сверхтекучая компонента имеет температуру абсолютного нуля, и её число уменьшается с нагреванием.

Дотошные читатели сомневались в разгадке. Поэтому, переход из основного в возбуждённое состояние Ландау связал с квазичастицами ротонами и фононами. Он решил, что их спектр имеет особенную форму. Чтобы было понятнее, учёные заявили, что квазичастицы представляют собой возбуждения в кристаллах с какой-то волновой функцией. Дотошные читатели «поняли», что двухжидкостная модель отлично описывала поведение гелия-2 и «объясняла» загадки вещества.

Однако осталось ещё много загадок. Например, двухжидкостная модель гелия-2 Ландау нарушает законы физики. Однако, двухжидкостная гидродинамика отлично работает для решения ряда задач, а потому используется и сегодня, без объяснения загадки.

Учёные продолжали раскрывать загадки науки. В 1947-м году американские исследователи в области криогеники обнаружили гелий-3. Он присутствует в обычном гелии в малом количестве. Однако, сверхтекучее движение происходит без него.

Чтобы было веселее решать загадки, придумали конденсат Бозе-Эйнштейна, бозоны, фермионы, ферми-жидкость, спины. Чтобы больше прояснить (запутать) ситуацию, в 1956-м году американский физик Леон Купер предложил механизм сверхпроводимости.

Он решил, что электроны в проводнике образовывали связанные состояния. Такие пары уже имели целый спин, и конденсация Бозе-Эйнштейна для них работала. Однако, для учёных до сих пор загадкой является, что такое электричество, электроны и протоны и более мелкие частицы.

Одна из загадок сверхтекучести – перенос массы без потери энергии. Решить её помогло создание квантовой механики. Согласно ей, отдельные частицы занимают наиболее выгодное энергетическое состояние с нулевым импульсом (наблюдаем разум у частиц). В то же время присутствуют частицы с импульсом, отличающимся от нулевого (отсутствие разума).

Те и другие частицы «связаны» между собой (опять загадка). Потому большая часть частиц вещества находится в загадочном состоянии. То есть имеет место единое состояние для частиц, которые движутся и которые статичны. Это приводит к движению вещества без внутреннего трения. Ещё одна загадка сверхтекучего состояния, почему энтропия вещества в сверхтекучем состоянии равна нулю и остаётся без изменений.

P.S. Надеюсь, теперь самые дотошные читатели разобрались с загадками возникновения сверхтекучести. Для меня стало понятно то, что для науки это большая загадка. А все термины – это «наукообразность», чтобы скрыть отсутствие разгадок. Это похоже на решение загадок шарообразной Земли. Каждое «решение» приводит к созданию пары новых загадок.

Комментарии запрещены.