Любая жидкость, если ее охлаждать, рано или поздно превратится в лёд. Оказывается, так возможно не всегда. Имеется молекула, которая будет сохранять жидкое состояние вещества даже при абсолютном нуле. Не обещаю, что всё здесь будет понятным, но попробуем.
1. Квантовая механика
Все, что связано с квантовой механикой, слишком далёко от обычного человека. Описываемые учеными процессы кажутся большинству людей чем-то фантастическим и мистическим. Поэтому и говорят: сочиняют байки, господа.
Однако, имеются явления из этой области знаний, которые можно наблюдать на макроуровне. В частности, это сверхпроводимость и сверхтекучесть.
О последнем пойдет речь ниже. Если охлаждать любой газ, то рано или поздно он станет жидким, а если делать это и дальше, то образуется лёд. Все мы это видим ежедневно на примере воды.
2. Сверхтекучесть
Сверхтекучесть представляет собой такое состояние вещества, при котором атомы последнего не испытывают трения, т.е. вязкости.
Объясним проще на двух известных экспериментах:
- бросьте палку в воду. Какое-то время она будет двигаться в направлении броска, однако из-за трения о молекулы воды рано или поздно остановится. В квантовой жидкости остановки не случится;
- погружение маятника. Известен эксперимент с погружением маятника в сверхтекучую жидкость. Он не останавливается, так как не испытывает сопротивления. Он бы мог вечно колебаться, если бы не воздействие других сил.
3. Гелий
А вот и герой сегодняшнего рассказа. Впервые проявление сверхтекучести наблюдалось у гелия. При охлаждении до 2,2 градусов Кельвина (лямбда точка) такое поведение жидкого вещества становилось максимально заметным.
Здесь много разглагольствовать не буду. Скажу так, что гелий может быть представлен двумя компонентами: He1 и He2. Первая – обычная, имеющая вязкость. Вторая – оной не имеет. Так вот, при охлаждении Не2 компонента становится преобладающей, а близко к нулю – остается единственной в составе данного вещества.
Вообще, гелий сам по себе интересен еще и тем, что является инертным газом, т.е. плохо взаимодействует с другими веществами.
Огромный вклад в открытие сверхтекучести гелия внесли советские лауреаты Нобелевской премии: Л. Ландау и П. Капица.
Дальнейшие эксперименты показали, что гелий никогда не переходит в твердое состояние при нормальных условиях. Он всегда остается жидким.
4. Развитие
Поначалу казалось, что только гелий ведет себя подобным образом. Однако, выяснилось, что и некоторые другие газы могут быть сверхтекучими: водород, рубидий.
В любом случае, жидкое состояние сохраняет только гелий. Водород, например, перестает быть твердым при малых температурах при давлении в 4 млн. атмосфер.
Также, выяснилось, что и при высоких температурах возможно сверхтекучее состояние. Пример: ядра нейтронных звезд.
--
Перед нами пример проявления квантовых свойств на уровне макромира. Сверхтекучесть гелия – удивительно явление. В таком виде он используется в космической отрасли.
Спасибо за внимание. Подписывайтесь.