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时空结构是超流体?如何观测超流体时空中的引力?
网友【发现了】 2022-07-16 02:48:01 分享在【时代发展的印记】版块    1    4

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如果学过流体动力学,你就会知道湍流是一种非常复杂的现象,到现在还没有人能解出湍流条件下的纳维-斯托克斯方程(N-S方程)。试想一下,当一种流体在非常冷的环境中时(比如在外太空),会发生什么呢?

外太空只比“绝对零度”高几度,所以那里的任何液体都会瞬间凝固,对吧?有些彗星是由超级冷的流体形成的“冰”组成的。土星的一些卫星也被冰覆盖着。

然而,有些液体是不会冻结成固体的。比如液氦是一种在极低温度下也不会凝固的液体。

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氦处于超流体状态

“超流体”是什么?

超流体几乎就像是一种全新的物质状态。首先,让我们快速回顾一下普通液体,比如水,当它达到凝固点时会发生什么。常温条件下,水仍然是液态的,它的粘度很低。

但构成水本身的水分子在自由运动,并相互碰撞。如果我们把水放进冰箱来降低它的温度,所有分子的运动都会变慢。在水温在0度以下之前,水仍然是液体,分子仍然自由运动,但它们的运动速度比室温下慢得多。

当水接近0摄氏度的冰点时,水分子的速度会减慢到停止自由移动的程度。相反,它们聚集在一起,开始相互振动。当所有的水分子紧密地聚集在一起,形成一个固体时,水就会在物理上结冰。在这种情况下,那个固体就是冰。

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但是这些和氦有什么关系呢?

水不是唯一可以结冰的液体,液体结冰的原理大多是相同的。液氦不像大多数其他液体那样。当它“冻结”时,不可思议的事情发生了。分子确实会减速并一起振动。然而,氦并没有变成固体,而是保持液体状态。

在原子层面上,所有的分子都以这样的能级振动,以至于它们的波形合而为一,它们变成了一个大的分子。超流体仍然可以流动(就像水一样),但它的流动性比水好得多。

因为分子是一体的,它们之间没有摩擦,这意味着它的粘度为零。事实上,超流体可以穿过物体的任何孔或裂缝(不管它们有多小)。还有另一种不可思议的现象,这要归功于流体中的振动分子。

声致发光——水发出的光

如果你曾经在黑光下看到蝎子,它们实际上看起来是亮绿色的,就好像它们在黑暗中发光一样。

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黑光下的蝎子

世界上还有更多的光源。但是,我敢打赌你从没想过声音或水也能成为光源。这怎么可能呢?

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实时声致发光实验

你所需要的只是一杯水,一个滴管,和一个非常精确的超声波频率发生器。最后得到的就是一些人所说的“瓶子里的星星”。你用滴管往烧瓶里滴一些水,瓶子中就会形成一个气泡。通常情况下,气泡会浮到水面并破裂,或者在水下停留一会儿,然后因其他原因破裂。

在这个实验中,我们有一个特定频率的声音在一个合理的音量下播放。频率将取决于玻璃烧杯的共振频率。重点是,玻璃烧杯和水本身都在以特定的频率振动。在这种情况下,水里的气泡发生了非常惊人的变化。它并没有浮到水面上破裂,而是一直淹没在水中。

这还不够奇怪,当你调整频率时,气泡还会膨胀或者收缩。随着气泡的收缩,它实际上开始发出非常明亮的光,并能产生远远超出你想象的温度(超过20,000华氏度)。这极端的温度只能存在一秒钟,但只要频率不太高,气泡将继续产生光。

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你能想象中间的亮光点是水发出来的吗?

这些和空间有什么关系?

起初我认为这是一个巧合,振动的气泡看起来就像太空中的一颗恒星。然后我想起来这世上没有巧合。

如果空间本身是流体呢?不是普通流体,而是某种超流体。但是,引力是个问题。我们通过时空结构的曲率来研究引力。

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如果时空的结构确实是一种结构,那么这是一种很好的观察引力的方法。但如果时空是流体呢?流体可不存在“曲率”的说法,即使存在,也和我们这里的概念不一致。

如果不是时空结构的弯曲,而是“时空流体的流动”呢?

如果空间是一种超流体,那么从直觉上讲,流动的流体可以很好地类比引力。但是,这到底意味着什么呢?什么会导致时空的流体流动呢?

为了充分想象这个类比,你需要观看这个非常奇怪的(思想)实验。

这个视频用一桶水、一个有洞的小球和一根软管,展示了一个非常棒的引力可视化。水代表时空,球代表空间中的物质。

当球浸入水中时,吸力作用在球上,使水从孔中流过。一开始你不会注意到任何变化。然而,当在水中加入染料时,你实际上可以看到“空间的流动”。这个流代表了引力的可视化。

因为超流体是无摩擦的,并且作为一个单一的内聚分子,它实际上可以流过任何大小的洞或裂缝。这让我把一切联系起来。如果空间是一种超流体,而且这种超流体可以流过几乎所有的洞,那么把引力看作时空的流动就完全说得通了,因为它流过物质(在原子层面上)本身。

在微观层面上,几乎任何物体都是多孔的。金属实际上可以吸收空气中的水分。这就是为什么有些金属会氧化或生锈的原因。

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假设所有的物质都是多孔的,那么如果空间是超流体,它就会穿过任何一块物质,这就说得通了。

在这种情况下,物体质量越大,气流就会越强。这与经典世界中质量更大、引力场更强的物体相吻合。

那么,空间是超流体吗?

可能是,也可能不是。也许太空只是一个充满电磁辐射的真空空间,除了几团尘埃、液态冰冻或其他形式的岩石和巨大的气态球体外,什么也没有。

我更愿意相信它不仅仅是一片空无一物的空间。光源可以是水,这意味着热量和能量的存在。如果这些元素可以在流体中产生,那么超流体就是构成时空的一个很好的候选者。

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看看上面的图片,它看起来像一颗星星。如果声致发光可以存在于一瓶水里,那么如果空间是流体,谁知道在宇宙的尺度上会发生什么呢?

所以,在充满流体的宇宙中形成某种形式的压力波并传播,难道不是说得通的吗?如果这是真的,那么考虑到恒星可能是通过类似于前面讨论的“瓶子子里的星星”实验的过程形成的,这是非常合理的。

或者,想象一下这是否可以解释黑洞。黑洞的引力如此之大,连光都无法逃脱。也许这是因为黑洞的“空间流”太强了,光无法逆流而上。

也就是说,也许太空真的可能是超流体。如果这是真的,还有什么其他的事情可以解释呢?它能帮助解释“暗物质”吗?

出处:头条号 @逻辑黑洞

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