Читать онлайн «Квантовые жидкости»

И. М. Халатников Квантовые жидкости Доктор физико-математических наук, профессор И. М. ХАЛАТНИКОВ КВАНТОВЫЕ ЖИДКОСТИ ИЗДАТЕЛЬСТВО «ЗНАНИЕ» Москва — 1965 XI7 ИСААК МАРКОВИЧ ХАЛАТНИКОВ Редактор И. Б. Файнбойм Художеств, редактор Е. Е. Соколов Техн. редактор М. Т. Перегудова Корректор Т. Д. Ушакова Обложка А. Г. Ординарцева Сдано в набор 9. XII 1964 г. Подписано к печати 15. 1 1965 г. Изд. № 15. Формат бум. 60X907i6. Бум. л. 0,5. Печ. л. 1Д Уч. -изд л. 0,89. А 00921. Цена 3 коп. Тираж 51 700. Заказ 4349. Издательство «Знание». Москва, Центр, Новая пл. , д. 3/4. Типография изд-ва «Знание». Москва, Центр, Новая пл. , д. , 3/1. В технике и в повседневной жизни мы сталкиваемся с телами, находящимися в жидком состоянии. Одно из хорошо известных свойств жидкости — ее вязкость. Вязкость определяет силу трения, которую испытывает, например, жидкость при течении по трубам. , Чем больше вязкость, тем больше сопротивление течению и тем большим должен быть перепад давления для того, чтобы перекачать через трубу определенное количество жидкости. Закон Пуазейля, устанавливающий прямую пропорциональность между расходом жидкости в единицу времени и перепадом давления и обратную зависимость расхода от ее вязкости, хорошо известен и широко применяется в технике. Используя этот закон, можно количественно измерить вязкость жидкости. Все это хорошо и давно известно. Однако, изучая свойства тел при ультранизких температурах, физики столкнулись с новыми и необычными свойствами жидкостей. Открытие этих необычных свойств связано с именем академика Петра Леонидовича Капицы. Исследуя одну из «незамерзающих» жидкостей — жидкий гелий, Капица обнаружил, что при температуре 2,18° по абсолютной шкале Кельвина (примерно минус 271° по Цельсию) эта жидкость внезапно теряет вязкость. Если по формуле Пуазейля попытаться вычислить вязкость жидкого гелия по измеренному расходу, то получится величина в десятки тысяч раз меньшая той, которая была у жидкого гелия с температурой выше 2,18°К. Это свойство жидкого гелия ниже 2,18° протекать через трубки» не обнаруживая вязкости, было названо Капицей сверхтекучестью. Оказалось, что объяснение этого факта неожиданно требует привлечения законов квантовой физики, с которыми мы привыкли иметь дело в совсем другой области физики, занимающейся свойствами атомов. Идея этого объяснения сыграла революционное значение во всей физике. Она принадлежит академику Льву Давыдовичу Ландау* За эти исследования ему в 1962 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Попытаемся понять, что же происходит в жидком гелии. Начнем с высоких температур. При достаточно высоких температурах все теланаходятся в газообразном состоянии. Кине- 3 тическая энергия частиц (атомов или молекул), совершающих хаотическое движение, превосходит потенциальную энергию их взаимодействия между собой. Средняя кинетическая энергия частиц определяется температурой. Таким образом, при высоких температурах взаимодействие молекул между собой несущественно, они движутся почти как свободные.