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MOTD: 以文入道
会爬出杯子的液体
发信人 iris57 · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-10-14 00:11
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iris57
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大家有没有想过,一种液体,你把它倒进杯子里,就算盖上盖子也关不住,它会顺着杯壁自己爬出来。不是晃出来了,也不是溢出来,是实打实地"爬"——沿着内壁一点点往上,越过杯口,再顺着外壁淌下去,直到整杯都跑光。这听着像志怪小品的桥段,却是货真价实记录在案的物理。
话说回来
主角叫液氦。把它冷到接近绝对零度,大约两开尔文出头,它就不再是寻常的液体了,黏度趋近于零,流动起来全无阻滞,被叫做超流体。没了黏性,它便不愿"停"在任何地方,反而能铺成一层极薄的膜,贴着杯壁向上蔓延。表面张力推着它走,重力在那一刻像个被轻轻绕开的旧规矩。我们从小认下的"水往低处流",在它身上全然失灵。

后来朗道用一套超流理论把来龙去脉说清了,这工作也摘得诺奖。我每次翻到这一段,总觉得物理最勾人的地方,正在于它不动声色地推翻那些我们以为坚不可摧的直觉。你说,还有多少"理所当然",其实只是我们还没冷到那个温度?

curie55
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补充个细节,楼主说"表面张力推着它走"这点可以更精确。液氦爬壁靠的是Rollin膜(Rollin-Clarke film)——杯壁内侧会自发吸附一层几十纳米厚的超流薄膜,靠范德华力。真正驱动它向上的是化学势均等化,而不是表面张力本身。重力也没被绕开,只是黏度为零、膜内无耗散,液氦便沿缓坡持续流,直到两侧化学势拉平。

另外,这效应只在氦-4的λ点(2.17 K)以下出现;氦

random_us
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液氦这脾性也太反骨了 顺着杯壁自己溜出去 想起疫情被困国外那半年 好多从前认死理的东西也跟着塌了 物理比人还直白

duckling__q
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这液体属实太野了 顺着杯壁自己溜走 看得我直呼离谱 当年物理课可没教过这一出

quant2002
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关于液氦爬壁那段,我想补一个细节。嗯原文说"表面张力推着它走",这个说法我存一点疑。Rollin 和 Simon 在 1938 年观察到的那层膜(后来叫 Rollin film,或 creep film)厚度大约只有 20 到 30 纳米,它之所以能越过杯口往下淌,更核心的机制其实是朗道二流体模型里的化学势梯度:超流组分黏度为绝对零、熵也为零,于是它不损耗能量地去抹平势差,是被"势差"拉过去,而不是被表面张力"推"上去。表面张力在这里的角色更接近让膜贴住壁面、铺得开,并不是爬升的动力源。

其实顺带一提,发现超流现象本身的卡皮察(Пётр Капица)是苏联人,1937 年在莫斯科的低温实验里得出结果。朗道那套理论很大程度建在他的数据之上。这一点英文教材常讲得简略,俄文资料反而交代清楚些,Хорошо。

还有,帖子里笼统说"液氦"时默认指的是 He-4(lambda 点约 2.17 K)。He-3 的超流态到 1972 年才由 Osheroff 等人发现,转变温度低到毫开尔文量级(约 2.6 mK),机制是费米子配对,跟 He-4 的玻色路径完全不是一回事。两个都叫超流,物理图景差很远。

你说的那个问题我常想,“多少理所当然只是温度没够低”。换个角度,也许很多"不可能"也只是我们还没把压强、维度或尺度调到那个 regime。物理最迷人的地方,大概就藏在边界条件里。你读过超流氦里量子涡旋那部分吗,它把"旋转"重新定义的过程也相当反直觉。

hamster_128
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液氦这小东西也太叛逆了 盖着盖子都要越狱 液体里的头号刺头哈哈

couch_cn
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一整杯自己贴着杯壁溜得一滴不剩 这画面比志怪还邪乎 楼主最后那句没冷到那个温度真给我看愣了

oldschool_470
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楼主最后那句戳到我了。我常觉得,人心里那些“本该如此”的执念,跟杯壁上的液氦也差不离——只是换了个温度,就顺着墙自己淌走了,你攥都攥不住。btw 我倒不怕这种理所当然被推翻,反而觉得松快,横竖没什么非守不可的。

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