Forskere opdager, hvor løbende en væske kan være

Forskere fra Queen Mary University of London og Russian Academy of Sciences har fundet en grænse for, hvor løbende en væske kan være.

Viskositet, målestokken for, hvor løbende en væske er, er en ejendom, som vi oplever dagligt, når vi fylder en kedel, tag et brusebad, hæld madolie eller bevæg dig gennem luften.

Vi ved, at væsker bliver tykkere, når de afkøles og løbende, når de opvarmes, men hvor løbende kan en væske nogensinde blive, hvis vi bliver ved med at opvarme den?

Til sidst, væsken koger og bliver til en gas eller et tæt gaslignende stof, hvis det opvarmes ved højt nok tryk. På det punkt, hvor den overgår mellem den væskelignende og gaslignende tilstand, er minimumsværdien af ​​viskositet.

Viskositet anses for umulig at beregne ud fra teori, fordi den stærkt afhænger af væskestruktur, sammensætning og interaktioner samt ydre forhold på en kompliceret måde. Nobelpristageren Steven Weinberg sammenlignede vanskeligheden ved at beregne viskositeten af ​​vand til problemet med at beregne grundlæggende fysiske konstanter, de konstanter, der former stoffet i vores univers.

På trods af denne vanskelighed forskerne har udviklet en ligning til at gøre det.

I undersøgelsen, udgivet i Videnskab fremskridt , de viser, at to fundamentale fysiske konstanter styrer, hvor løbende en væske kan være. Fysiske konstanter, eller naturens konstanter, er målbare egenskaber ved det fysiske univers, der ikke ændrer sig.

Deres ligning relaterer den minimale værdi af elementær viskositet (produktet af viskositet og volumen pr. Molekyle) til Planck -konstanten, som styrer kvanteverdenen, og det dimensionsløse proton-til-elektronmasseforhold.

Professor Kostya Trachenko, hovedforfatter af papiret fra Queen Mary University of London, sagde:"Dette resultat er overraskende. Viskositet er en kompliceret egenskab, der varierer stærkt for forskellige væsker og ydre forhold. Alligevel viser vores resultater, at den minimale viskositet af alle væsker viser sig at være enkel og universel."

Der er også praktiske konsekvenser af at opdage denne grænse. Det kan anvendes, hvor en ny væske til et kemikalie, industriel eller biologisk proces med lav viskositet er påkrævet. Et eksempel, hvor dette er vigtigt, er den nylige anvendelse af superkritiske væsker til grønne og miljørigtige metoder til behandling og opløsning af komplekse affaldsprodukter.

I dette tilfælde, den opdagede fundamentale grænse giver en nyttig teoretisk guide til, hvad man skal sigte efter. Det fortæller os også, at vi ikke skal spilde ressourcer på at slå den grundlæggende grænse, fordi naturens konstanter vil forme viskositeten på eller over dette punkt.

Grundlæggende fysiske konstanter og især dimensionsløse konstanter (grundlæggende konstanter, der ikke afhænger af valget af fysiske enheder) menes at definere det univers, vi lever i. En finjusteret balance mellem proton-til-elektronmasseforholdet og en anden dimensionsløs konstant , den fine struktur konstant, styrer nukleare reaktioner og nuklear syntese i stjerner, der fører til essentielle biokemiske elementer, herunder kulstof.

Denne balance giver en smal 'beboelig zone', hvor stjerner og planeter kan dannes, og livsstøttende molekylære strukturer kan opstå. Ændre en af ​​de dimensionsløse grundkonstanter lidt, og universet bliver meget anderledes, uden stjerner, tunge elementer, planeter og liv.

Professor Trachenko sagde:"Den nedre fundamentale grænse minder os om, hvordan grundlæggende konstanter i naturen påvirker os dagligt, startende med at lave en kop kop te ved at udvide deres overordnede regel til specifikke, alligevel kompleks, egenskaber såsom flydende viskositet. "

Vadim Brazhkin, medlederforfatter fra Russian Academy of Sciences, tilføjet:"Der er tegn på, at den grundlæggende nedre grænse for flydende viskositet kan være relateret til meget forskellige fysiske områder:sorte huller såvel som den nye tilstand af stof, kvark-gluonplasma, som vises ved meget høj temperatur og tryk. At udforske og værdsætte disse og andre forbindelser er det, der gør videnskaben nogensinde så spændende. "