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2020-03-23 01:26运营 人已围观

简介----- 16 科学家揭示流体动力学中的量子行为 当波浪被限制在一个圆形的围栏中时,它们会向后反射,从而产生复杂的图案(灰色波纹),使水滴以明显随机的轨迹(白线)被操纵 但实际...

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科学家揭示流体动力学中的量子行为

当波浪被限制在一个圆形的围栏中时,它们会向后反射,从而产生复杂的图案(灰色波纹),使水滴以明显随机的轨迹(白线)被操纵

但实际上,液滴的运动遵循由波的波长确定的统计模式

麻省理工学院的科学家揭示了流体动力学中的量子行为,为波粒对偶性提供了新的视角

在量子物理学的早期,为了解释量子粒子的波状行为,法国物理学家路易斯·德布罗意(louis de broglie)提出了他所谓的导波理论

根据德布罗意(de broglie)的说法,诸如电子之类的运动粒子或光束中的光子会随波传播,例如潮汐中的浮木

物理学家们无法检测出德布罗格利斯的正电波,导致他们在很大程度上放弃了导波理论

但是,最近发现了一种真正的导波系统,其中一滴流体在其自身碰撞产生的波的推动下在振动的液浴中反弹

2006年,巴黎狄德罗大学的物理学家伊夫·库德(yves couder)和伊曼纽尔·福特(emmanuel fort)使用该系统重现了量子物理学中最著名的实验之一:所谓的双缝实验,其中粒子通过屏障在屏幕上发射有两个孔

在最新一期的《 physical review e(pre)》杂志上,麻省理工学院的一个研究人员小组与couder及其同事合作,报告说他们已经产生了另一种经典量子实验的流体类似物,其中电子被限制在一个圆内

离子环围成一圈

在新的实验中,液体的弹跳模仿了电子的统计行为,且准确性极高

麻省理工学院应用数学教授,该论文的通讯作者约翰·布什说,这种流体动力学系统微妙,并且在数学建模方面异常丰富

它是第一个发现的先导波系统,可以洞察到合理的量子动力学是如何存在的

论文的主要作者丹尼尔·哈里斯(daniel harris)是麻省理工学院数学专业的研究生;库德堡 巴黎迪德罗特大学的朱利安·穆克塔(julien moukhtar)

在本月发表在《流体力学杂志》上的另一双论文中,布什和另一位麻省理工学院数学研究生扬·莫拉切克(jan molacek)解释了构成系统行为的流体力学

干扰推断

双缝实验是开创性的,因为它最清楚地证明了波粒对偶性:正如理论物理学家理查德·费曼(richard feynman)曾经指出的那样,事实证明,量子力学中的任何其他情况都可以用以下方式解释:有两个孔的情况下进行实验?这是同一件事

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如果在水面上传播的波浪撞击有两个缝隙的障碍物,则另一侧会出现两个波浪

那些波的波峰相交的地方形成一个更大的波

在波峰与波谷相交的地方,流体是静止的

波浪撞击的一堆压力传感器将记录一系列的干涉图案,这些干涉图案由一系列交替的亮带和暗带组成,指示波在何处彼此增强或抵消

穿过带有两个孔的屏幕发射的光子即使一次发射一个,也会产生类似的干涉图样

那就是波粒对偶性:波力学的数学解释了运动粒子的统计行为

在pre报告的实验中,研究人员将一个带有圆形凹陷的浅托盘安装在振动台上

他们在托盘中填充了硅油,并开始以低于产生表面波所需的速率振动

然后,他们将一滴相同的油滴入浴中

液滴上下反弹,产生将其推向表面的波浪

弹跳的液滴产生的波从珊瑚壁反射出来,将液滴限制在圆圈内,并相互干扰以创建复杂的图案

当小滴从波浪中弹起时,其运动似乎是完全随机的,但是随着时间的流逝,事实证明它比其他区域更喜欢浴的某些区域

最常见的是在圆心附近,然后以逐渐减小的频率出现在同心环中,它们之间的距离由导波的波长确定

液滴位置的统计描述类似于局限在圆形量子核中的电子的描述,并具有类似的波形形式

英国巴斯大学的数学教授保罗·米勒夫斯基(paul milewski)擅长流体力学,他说,这是一个了不起的成绩

考虑到已经显示了该机械系统的量子力学类似物的数量,畜栏实验也表现得像量子力学,这并不令人感到意外

但是他们做得非常谨慎,因为在很长一段时间内,液滴飞弹都需要进行非常准确的测量,以获得这种概率分布

如果您拥有一个确定性的系统,并且在业务中我们称之为混乱的系统,或者对初始条件敏感,对扰动敏感的系统,那么它可以概率地宣威市合盛渔业有限公司运行,milewski继续说道

像这样的实验并没有提供给量子力学的巨人

他们也对混乱一无所知

假设这些对世界为何以这种奇怪的概率行事而感到困惑的人实际上已经获得了像这样的实验并且了解了混沌,那么他们是否会提出一个等效的,确定性的量子力学理论,而这不是当前的理论

一?从量子的角度来看,这就是令人兴奋的事情

出版物:daniel m. harris等人,《圆形畜栏的导波动力学的波状统计》,phys

e 88,011001(r)(2013); doi:10.1103 / physreve.88.011001

相关出版物:

jan molaceka1和john wm bush,水滴在振动浴上弹跳,《流体力学》 /第727卷/ 2013年7月,第582-611页;doi:10.1017 / jfm.2013.279 jan molaceka1和john wm bush,水滴在振动浴上行走:走向流体动力导波理论,《流体力学杂志》 /第727卷/ 2013年7月,第612-647页;doi:10.1017 / jfm.2013.280

经mit新闻许可转载

新宝6创造奇迹登录综合报道

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