k_gornik, 16.09.2003 23:16:50:
Во-первых, не ниже 4К, а ниже 2К примерно.
Во-вторых, выливается не мгновенно, вязкости может и нет, а масса-то есть.
В-третьих, при температуре ниже 2К, но выше абсолютного нуля гелий ведет себя не как жидкость без вязкости, а как смесь двух жидкостей - одна с вязкостью, а другая без. Чем ближе температура к 0К, тем больше процент сверхтекучей жидкости. Идеальная сверхтекучесть только при абсолютном нуле, который, как известно, недостижим.
В-четвертых, ни в какие пары атомы гелия не объединяются. Спутано либо со сверхпроводимостью, либо со сверхтекучестью гелия-3, то есть со сверхтекучестью жидкости фермионов. Атомы гелия-4 - бозоны, им ничто не мешает выпадать в бозе-конденсат без спаривания.
Современная наука объясняет это так, что атомы гелия, как и электроны, протоны и прочее, не частицы, а волны. А частицами только прикидываются. Если представлять себе сверхтекучий гелий, как жидкость из мельтешащих атомов, то сверхтекучесть объяснить нельзя, вообще и никак. Надо представить себе каждый атом гелия равномерно размазанным по всему объему жидкости, примерно как электрон в атоме водорода, см. любой учебник квантовой механики. Говоря с упрощением, можно считать, что волновая функция каждого атома постоянна во всем объеме жидкости и равна нулю вне его. Постоянная в объеме волновая функция соответствует абсолютному покою частиц в классической механике. Т.е. (это уже БЕЗ упрощения) у всех атомов эта функция одинакова, все атомы в одинаковом состоянии, причем в самом низшем энергетическом состоянии, при котором никаких возбуждений-волн нет. При нагреве некоторые возникают возбуждения, т.е. волновые функции некоторых атомов из постоянных становятся "волнующимися". Чем выше температура, тем волн больше. С некоторым упрощением можно сказать, что именно эти возбужденные атомы и составляют вязкую составляющую гелия при температуре выше нуля. Упрощение в основном связано с тем, что возбуждения эти не индивидуальных атомов, а коллективные, возникают звуковые волны, в элементарно возбуждении задействовано сразу много атомов, но это детали. Важно, что эти колебания квантованы, для их возбуждения нужна определенная конечная энергия. Поэтому если тело движется в сверхтекучем гелии медленно, то оно не испытывает сопротивления. Но если его скорость выше некоторой критической, то жидкость все-таки будет оказывать сопротивление, даже при абсолютном нуле. При движении будут возникать возбуждения, будет переход энергии тела в тепло и т.д. Так что идеальная сверхтекучесть существует только при абсолютном нуле, да и то при скорости меньше определенной.
Еще раз, сверхтекучесть - это квантовое явление, его можно понять только если твердо усвоить, что атомы гелия НЕ частицы, их нельзя, скажем, локализовать в данной точке. Движение атомов означает волны в их волновых функциях, а не перемещение материальных точек. Скажем, простое круговое движение жидкого гелия в сосуде есть макроскопическое проявление волнового движения атомов. Волновые функции атомов не постоянны, а имеют вид волн, движущихся, скажем упрощенно, в направлении вращающейся в сосуде жидкости. При абсолютном нуле никаких волн быть не может, соответственно, и вращения тоже. При охлаждении до абсолютного нуля во вращающемся сосуде жидкий гелий останавливается, то есть приходит в покой относительно инерциальной системы отсчета. Волновая функция атомов в их низшем состоянии постоянна, а это значит покой. Сосуд может продолжать вращаться, вязкого трения ведь нет. Наверное, надо еще напомнить, что "низшее состояние" это не состояние электронов в атомах гелия, а состояние самих атомов в сосуде с постоянной волновой функцией.
вопрос номер один в жидком гелии атомы или молекулы?
не образуют ли атомы гелия некие подоббия "кристаллов" как образуются в воде большие цепочки молекул, образованные за счет "склеивания" атомов водорода в Аш-два-о водородными свзями?
То есть, можно представить себе состояние жидкого гелия как некое промежуточное состояние, между идеальным отсутствием энергии движения атомов, и абсолютно беспорядочным (броуновским) движением атомов?
Вероятно, можно предположить, что когда количество внутренней энергии гелия слишком мало, то атомы СИНХРОННО передают механический импульс, переданный большому их количеству, а основой механического сопротивления являются хаотические, нерегулярные взаимодействия атомов друг с другом.
Интересно, а если допустим, можно добится температуры абсолютного нуля, или же температуры близкой к ней, то вероятно, субатомное взаимодействие станет настолько слабым, что каким то образом можно будет можно измерить более тонкие энергетические уровни? Например, энергию, содержащуюся в электронах? Может быть, уменьшение кинтетической энергии молекул превращается в увеличение потенциальной энергии электронов?