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[基础理论] 科普吧 | 新动力?活的超流体

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发表于 2022-3-16 15:25 | 显示全部楼层 |阅读模式

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我们知道,细菌无处不在,他们能引起许多问题。它们能让我们生病,也是我们消化系统里的益生生物,他们甚至能“无视”物理定律制造出一种可以驱动机器的流体。

对于流体,摩擦力是由粘度决定的。流体中摩擦力越小,粘度就越低。超流体是一种物质状态,特点是完全缺乏黏性。如果将超流体放置于环状的容器中,由于没有摩擦力,其动量不会在运动时减少,它可以永无止尽地流动。例如液态氦在2.17K以下时,内摩擦系数变为零,液态氦可以流过半径为10-5cm的小孔或毛细管,这种现象叫做超流现象,这种液体叫做超流体。
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通常情况下,只有液氮有这种性质。科学家现在已经在水中观察到这种现象,但这当然不是普通的水,而是充满大肠杆菌的水。虽然平常我们对这种细菌的印象并不好,但是它们总还是有用的。平常,如果把微小物质放进水中,水的运动会减慢,这是因为这些小颗粒表面会产生额外的摩擦力,提高流体的粘度意味着需要更多能量让其持续运动。但加入微生物,就并非如此了。当你把大肠杆菌放到水里,它们会游起来,无规则动向。但是当它们达到一定的密度,身体产生的波动会影响其他细菌的游动方向。于是,他们的游动会产生一种集体性质。水中有10%-20%的细菌时,它们开始形成小涡流,但此时他们的运动方向还是随机的。这时如果你外加一个力,比如把这种水夹在显微镜的玻片之间,这种运动就会变得规则。玻片平展的力使得所有细菌的集体运动统一,向一个方向运动,这种推动力让水展现出超流体的性质。

专家们对于这种现象背后的具体物理原理尚不清楚,但是现象是真实的,这种生物超流体有一种成为“燃料”的潜力。当然,问题在于这种生命体需要持续的养料供给,这种充能虽然过程简单,但风险高。

总之,细菌驱动的超流体是一个新出现的事物,他们的特性使得在空间中不需要外力而自由移动。所以,他们或许可以用来清理洒出来的污染物。但现在,我们只能朝那个方向去发展。

来源:东大科协微信公众号(ID:neusast),作者:穆琳。

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