🗒️ 📒 👩‍🎓 一杯咖啡滴与量子力学之间有什么共同点？ 🌛 😽 ♍️

这是ITMO新物理研究所的一个特殊部分。在这里，物理与技术学院的科学家，教师和学生对科学，教育过程和工作日进行了反思。

, .

^{: , ,
:}

落在液体表面上的液滴会迅速消失，但不会立即消失。由于空气离开中间层，液滴与液体的汇合被延迟。在喷泉，厨房的水槽甚至一杯咖啡中都可以看到这种效果。滴入

^一杯咖啡

当液滴接近液体表面时，中间层中的空气没有时间走到外面。压力增加，下降速度下降，甚至可能反弹。但是，由于外力的影响，能量的一部分会耗散掉，因此每次跳得越来越低。越来越多的空气从中间体中逸出，当其厚度达到临界值时，由于分子相互作用的作用，水球与液体融合。

如何使水滴跳

一个有趣的事实是，如果不断向其提供损失的能量，例如通过水面的振荡，可以使液滴跳下来。甚至在空气层变薄之前，液体也会将液滴推高。

反弹液滴的现象最早是由美国物理学家杰尔·沃克（Jearl Walker）于1978年描述的。但是研究这种现象的动力学只用了30年-巴黎第七大学的法国研究人员由伊夫·库德（Yves Couder）领导。

观察跳跃液滴的安装非常简单。它由病原体和液滴产生器组成。前者的角色可以由安装有肥皂溶液或硅油的浴缸的扬声器扮演。其次，普通的牙签是合适的。这是我们组装的设备的一个示例：

^{安装在3D打印机上的安装外壳及其电路}

仅在扬声器振动的某个频率和振幅下，落入浴池中的水滴才会开始“悬浮”-这些参数是通过实验确定的。但是有一个基本条件：振幅应该足以扔下一个水滴，但不足以呈现法拉第波纹。这些是使液体不稳定的液体表面上的驻波。

水球弹跳的能力也受其大小影响。它确定了达到效果所需的最小振幅。液滴越小，反弹所需的振幅就越小-也就是说，液滴能够在更大的振幅和频率范围内连续跳跃。

^{波纹法拉第}

有趣的是，水滴不仅会反弹。它们能够沿着特定的轨迹移动并彼此交互。该现象是由于球在每次从表面反弹时产生的波所致。液滴倾向于占据与势能的局部最小值相对应的位置，该位置由生成的波的干扰确定。有许多这样的位置，但是它们彼此之间的距离相同-等于波长的一半。从一个位置开始，始终可以将一个水滴“推”到另一个位置。

^{两个稳定跳跃的液滴的晶体，}

同时反弹的液滴也形成稳定的晶体状结构。例如，正确的几何形状-三角形，正方形，五边形。

相互作用的波特性可以解释一个有趣的效果-频率变化缓慢的晶体可扩展性。随着其增加，水球之间的距离增大，而随着减小，其减小。

^{液滴的几何图形：}

这些图形具有足够的“弹性”，因此可以移动它们而不会破坏晶体的结构。这是这种效果的一个示例：

^晶体运动

如果反弹的液滴足够接近并且其大小相对较大，则它们将彼此漂移，形成另一个束缚状态-簇。

^团簇

大滴很重，因此它们“推”到下面的液体表面。有一个潜在的漏洞，其他大滴涌入。

该凹坑优于表面波的潜在凹坑。因此，相互作用的波型不是大液滴的特征。

液滴与量子力学有什么关系

悬浮液滴系统不仅是宏伟的宇宙效应，而且还是在量子世界引起共鸣的现象。

美国物理学家约翰·布什（John Bush）和麻省理工学院的同事在2013年看到所谓的“步行”液滴出现在法拉第门槛附近。它们在波浪上“跳跃”并沿着液体表面移动。像量子粒子的速度不超过光速一样，步行液滴也有类似的限制-在液体中传播的速度。

反过来，伊夫·库德（Yves Kuder）在2006年发现了水滴表现出波的特性。物理学家将水球引导到狭缝中，并设法观察到衍射现象-与电子衍射非常相似。因此，可以将弹跳的液滴视为表现出波粒二象性的物体（粒子）。

这只是有趣的实验的一小部分。科学家还发现以下类推：

束缚态的液滴振荡和晶体原子中光子的振动运动；
液滴的旋转运动和轨道上的电子运动。

因此，这些实验，现象和依赖性是物理上令人感兴趣的，并允许人们在液滴的规模上观察类似量子的行为。

一杯咖啡滴与量子力学之间有什么共同点？

如何使水滴跳

液滴与量子力学有什么关系

More articles: