Новая квантовая модель показала, почему объекты, которые движутся в жидкости, испытывают сопротивление и на высоких скоростях, хотя известно, что вязкость при таких условиях должна быть минимальной.
Сообщается, что данное существующее противоречие между теоретическими предположениями и практикой учёные не могли объяснить в течение долгого периода времени. А удалось это сделать при помощи квантовой физики и сверхтекучего гелия.
Известно, что в середине 18 столетия математик Жан-Батист ле Рон д’Аламбер изучал задачу движения жидкости вдоль жесткой сферы или аналогичного по форме объекта. По его предположению, жидкость должна плавно обтекать объект и образовывать стабильный поток, который характеризуется ненарушенными линиями тока. Учёным продемонстрировано, что в идеальных жидкостях, не обладающих вязкостью, объект не встречает никаких сопротивлений. Но это не соответствует экспериментальным данным.
В дальнейшем учёные показали, что ненулевая вязкость реальных жидкостей создает силы сопротивления при помощи различных механизмов, включая образование медленно движущихся пограничных слоев вблизи поверхности объекта. А специалистами из Университета Джонса Хопкинса было установлено, что влияние вязкости уменьшается по мере того, как жидкости текут быстрее, поэтому кажется, что при очень высоких скоростях потока жидкости действительно должны обладать нулевым сопротивлением. Но многие эксперименты показали, что это не так.
В своём новом исследовании специалисты попробовали решить существующее противоречие при помощи квантовой модели. Они смогли вывести соотношение, описывающее, как поток жидкости, движущийся мимо любого твердого объекта, даже при отсутствии вязкости, вызывает вихри и закрученные потоки в жидкости, которые затем начинают двигаться поперек преобладающего потока. Это и создает сопротивление, замедляющее жидкость при высоких скоростях.
Подробнее об этом можно прочитать в журнале Physical Review X.
