测量超流体中的雷诺相似度如何有助于证明量子粘度的存在

每种流体——从地球大气层到流经人体的血液——都具有粘度，这是一种可量化的特征，描述了流体在遇到其他物质时将如何变形。如果粘度较高，流体会平静地流动，这种状态称为层流。如果粘度降低，流体就会从层流转变为湍流。

层流或湍流的程度称为雷诺数，它与粘度成反比。雷诺动态相似定律，也称为雷诺相似，指出如果两种流体围绕不同长度尺度的相似结构流动，则它们在流体动力学上是相同的，只要它们表现出相同的雷诺数。

然而，这种雷诺相似并不适用于量子超流体，因为它们没有粘度——至少研究人员是这么认为的。现在，日本大阪都立大学南部阳一郎理论与实验物理研究所的研究人员提出了一种检查超流体雷诺相似性的方法，这可以证明超流体中量子粘度的存在。

大阪都立大学科学研究生院讲师 Hiromitsu Takeuchi 博士在《Physical Review B》上发表了他的方法。

“长期以来，超流体一直被认为是雷诺相似的明显例外，”竹内博士解释说，雷诺相似定律规定，如果两个流具有相同的雷诺数，那么它们在物理上是相同的。“量子粘性的概念颠覆了超流体理论的常识，超流体理论已有半个多世纪的悠久历史。在超流体中建立相似性是统一经典和量子流体力学的重要一步。”

然而，量子超流体可能会出现湍流，从而导致量子困境：流体中的湍流需要耗散，那么超流体湍流如何在没有粘性的情况下经历耗散呢?它们一定有耗散现象，并且可能遵循雷诺兹相似性，但尚未开发出检验它的正确方法。

竹内博士理论上认为，可以通过分析固体球体如何落入超流体中来检查这些特征。通过将球体下落的最终速度与球体下落时遇到的流体阻力相结合，研究人员可以确定雷诺相似度的模拟。这意味着可以测量有效粘度，称为量子粘度。

“这项研究的重点是理解超流体中的量子湍流的理论问题，并表明超流体中的雷诺相似性可以通过测量落入超流体中的物体的终端速度来验证， ”竹内博士说。

“如果能够进行这一验证，那么这表明即使在绝对为零的纯超流体​​中也存在量子粘度。我迫不及待地想看到它通过实验得到验证。”

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