经济日报|金属液滴：成双成对，在轨追逐
北京联盟_本文原题：金属液滴：成双成对 ， 在轨追逐
很多人追明星时 ， 会成为两个明星的CP（配对）粉 。 但是你知道吗 ， 我国科学家在实验室里 ， 发现液态金属的液滴居然也能锁定CP ， 在轨追逐！
近日 ， 来自清华大学和中国科学院理化技术研究所的刘静教授研究团队 ， 在美国物理学会期刊《物理评论流体》（Physical Review Fluids）上发表了一篇论文：《复合导航波场中量子化在轨追逐的液态金属液滴对》 。 他们的实验揭示了液态金属导航波体系中的宏观波粒二象性 ， 导航波触发的液态金属振荡液池中发生了量子化轨道现象及金属液滴追逐效应 。
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这是科学家首次在液态金属宏观体系中发现类波粒二象性现象导致的液滴协同运动行为 。 清华大学医学院生物医学工程系教授、中国科学院理化技术研究所双聘研究员刘静告诉采访人员 ， “特别是其中的金属液滴在轨追逐行为十分有趣生动 ， 对于探索认识从原子层级的电子自旋行为乃至宇宙尺度的行星运动问题均有一定启示 。 ”
来自麻省理工学院的教授John W.M.Bush在评论这项工作时表示：“作者们通过引入液态金属 ， 为流体导航波研究打开了一扇全新的窗户 。 ”
万物皆波 ， 怎么看？
什么是导航波？这是一个量子力学中的概念 。
1924年 ， 法国科学家德布罗意在其博士论文中提出了“万物皆波”的大胆猜想 ， 认为和光一样 ， 一切物质都具有波粒二象性 。 这使他在短短五年后获得了诺贝尔物理学奖 。
波粒二象性是量子力学发展的基石 。 基于物质的波粒二象性 ， 德布罗意进一步提出了导航波理论来描述量子世界的运动情形 。 根据这一理论 ， 量子粒子（比如电子）的运动是由一个导航波场来引导的 。 若干年后 ， 物理学家们找到了与德布罗意导航波理论有着惊人相似之处的宏观体系 ， 即流体导航波体系 。
在经典的流体力学中 ， 一个放置于竖直方向振动液面上的液滴能够持续在液面上弹跳而不发生融合 。 进一步的 ， 这类不融合液滴会受到自身撞击液面形成的局部波作用而产生导向性水平运动 。 这种由流体导航波体系中表面波引导的液滴运动 ， 与量子力学中导航波理论描绘的量子粒子的运动情形有着惊人的相似之处 。
如果你觉得还是不懂 ， 没关系 ， 可以回忆一下童年的下雨天 。 那时 ， 你是否看见过雨滴在水潭上激起转瞬即逝的涟漪？充满好奇心的孩子可能会注意到 ， 击打在水面上的液滴有一些并不会立即与水面融合 ， 而是会在水面上滞留一段时间 。
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【经济日报|金属液滴：成双成对，在轨追逐】这种反常的不融合现象及其背后的丰富的动力学知识 ， 一度让物理学家们为之着迷 。 研究发现 ， 不融合效应的产生 ， 是由于液滴与液面之间的碰撞会被另外一层介质（例如空气）隔开所致 。 在液滴与液面不断逼近的过程中 ， 这层介质通过一种被称之为雷诺润滑的作用 ， 阻止了液滴与液面的融合 。 在雷诺润滑过程中 ， 你可以把间隔在液滴和液面之间的这层空气层想象成一种特殊的弹簧 。 不融合现象的存在 ， 也使得科学家们能够用液体表面来“悬浮”液滴 ， 而实现悬浮的秘诀就在于让液面和液滴都动起来 。
论文的第一作者汤剑波博士介绍 ， 在研究中普遍采用的是经典的法拉第实验手段 ， 即让一个液池在竖直方向上受控振动（通常为简谐振动） 。 这样一来 ， 置于液池表面上的液滴就会随着液面的振动 ， 发生周期性的弹跳 ， 继而阻止二者的融合 。 在这样的液滴－液池系统中 ， 弹跳的液滴每次撞击振动的液池时 ， 都会在液池表面留下一个以液滴为中心 ， 向外扩散的局部波场 。 液滴与其在液面上产生的涟漪 ， 恰好构成了一个宏观的波粒二象性体系 。
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