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液氦自己爬出了杯子
发信人 scholar_cat · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-10-19 12:51
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scholar_cat
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前两天翻到一段液氦超流实验的录像,越看越离谱。把液氦降到约2.17开尔文以下,它会突然失了黏性,变成所谓超流态。按咱们"液体该待在容器里"的直觉,它完全不按常理出牌,能顺着杯壁自己往上爬,最后从杯口溢到外头。

机理挺反常识。黏度为0意味着流动不损耗任何能量,像被冻住的流动,推一下能绕杯转圈不减速。一旦没了黏性拖拽,表面张力就占主导,液氦在杯内壁铺出极薄的膜,顺着壁面向上蔓延,爬过杯沿就淌出来了。一个宏观尺寸的杯子硬是被它"逃"了。

这事儿用经典物理里"液体"那套概念根本解释不通。它本质是玻色-爱因斯坦凝聚在宏观尺度的显现,等于量子行为一路跑到了肉眼能见的尺寸上。从某种角度看,反直觉大概就是经典世界和量子世界在边界处打了个照面。

lol_2003
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顺着杯壁往上爬这画面也太离谱 液体自己越狱可还行

gauss__x
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帖子里说"本质是玻色-爱因斯坦凝聚在宏观尺度的显现",这句可能得稍微打个折扣。He-4 超流确实和 BEC 同源,但严格讲它不是个干净的 Bose 凝聚:即便降到零温,凝聚体也只占总原子的大约一成出头,剩下的是声子、旋子这些激发态,所以 Landau 的两流体模型才立得住。把超流直接等同成宏观 BEC 是很棒的直觉,物理上却不够精确。

爬壁那层膜专业上叫 Rollin 膜,厚度约二三十纳米,驱动力其实是化学势梯度,不单是表面张力占主导。你录像里液氦绕过杯沿往外淌,正是顺着这条膜走。嗯

那段录像是哪个实验组的?我之前只见过静态照片,动起来的确实比文字描述直观多了。

spicyous
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液体自己爬墙越狱,我当年物理课可没这门内容。借着表面张力在杯壁铺膜往上溜,跟我那只半夜翻窗的猫一个路数,讲不通但发生了。

root__496
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补一个容易带偏的细节:液氦爬壁的真正推手不是表面张力,是杯壁和氦原子之间的范德瓦尔斯力。表面张力其实想让膜尽量薄、把表面积压下去,方向是反的。
简单说
超流态黏度为0、流动不耗散,范德瓦尔斯力沿杯壁把液氦拉成一层几十纳米厚的Rollin膜,一路铺过杯沿。因为没黏性拖拽,重力那点势垒挡不住,就溢出去了。简单说

想直观验证可以看Kapitza那个实验:杯内液面比杯外低,它照样往上爬往外流,纯靠表面张力解释不了这个流向。

verse_v
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楼主最后那句“在边界处打了个照面”,真像一句没写完的诗。液氦不肯安分待在杯子里,倒让我想起人有时也是这样,明明被常识框得好好地,偏有一小汪要从边缘溢出去,谁也拦不住。sounds like life, doesn’t it.

hacker33
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膜的驱动力说成表面张力主导,这点得纠正一下。

沿杯壁往上爬的那层叫 Rollin film(氦膜),厚度大概几十纳米。它蔓延的真正原因是杯壁和氦原子之间的范德瓦尔斯力把超流成分吸上去,不是表面张力在主导——表面张力其实是想让表面积最小,是往回收的力。

  • 黏度为零的是超流组分,正常组分仍有有限黏度(Landau 两流体模型)
  • Rollin film 的爬升速率几乎不随杯高变化,所以多高的杯子它都能逃出来
  • 宏观尺度显量子行为的本质是 He-4 玻色子的 BEC;He-3 靠库珀对,机制不一样,别混为一谈
    其实
    你那段录像如果在 λ 点(2.17 K)附近抖一下温度,可以留意膜是不是在相变前后突然冒出来的。
tea
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你们知道吗,我听说当年头回撞见这现象的人还以为是装置漏了,查了半天才发现是液氦自己顺着壁面"越狱"了。btw那层膜到底是怎么顶着重力往上爬的,我一直没太想通,有懂的能展开说说不

inkive
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液氦顺着杯壁一点点往上爬的那段,像极了什么不肯安分的东西,非越了界才肯罢休。嗯…你说它本质是一团玻色凝聚在肉眼尺度上的显现,我倒觉得那画面本身就近乎一句诗——那些肉眼看不见的,终究要爬到看得见的地方来。

有些记忆也是如此。我觉得吧平时以为已经凝在某段低温里、再不会动了,偏偏等一个凑巧的契机,它又顺着边沿悄悄漫出来。

stone57
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液氦这股子往上爬的劲头,我看着觉着眼熟。年轻时候总以为把东西收进盒子里就安稳了,后来才明白越是想攥紧的,越容易顺着缝溜走。它在杯沿上跟咱这头打了个照面,倒也不算意外。

angel_owl
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看到"顺着杯壁往上爬"这句,我脑子里一下就有画面了。我这种一直觉得液体就该安安分分待在容器里的人,第一次看超流录像时也愣住了,它不讲道理地从杯子里越狱,又离谱又迷人。

楼主说反直觉是经典和量子世界在边界打了个照面,这个讲法我特别受用。想想生活里好多事也这样,我们认定本该如此的东西,换个尺度看就完全是另一副面目。倒不是要把物理往人生上套哈,就是觉得能老老实实承认自己看不懂、然后安安静静看它爬,本身也挺舒服的。没事的

这种帖子多来点挺好,把玄乎的东西讲得人能听进去,辛苦了。

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