景区里的量子力学:龙洗与法拉第波的奇妙世界

作者: 实验君

来源: 把科学带回家

发布日期: 2019-11-17

本文介绍了景区中常见的玩具龙洗背后的科学原理,即法拉第波,并探讨了其与量子力学的关系。

我们在景区常常可以看到这样一种玩具,只要用手摩擦两端,它就会发出嗡嗡的声音,里面的水还会开始跳舞。这个玩具叫做龙洗。实际上,龙洗中跳跃的水珠非常好玩,而且利用和龙洗类似的原理,我们还可以观察量子力学的世界呢。

操作很简单:1 把盘子放到扬声器上面,倒入水。2 打开扬声器,放出声音。调整声音的频率,观察水面的图案。3 在针管里倒入混有洗洁精的水,然后用针管在盘子里滴入液滴,观察新加入的液滴会不会和盘子里的水融合。

实际上,液滴和水面融合的过程叫做聚并。我们的实验里,液滴没有和下面的水面聚并,正是因为水面的振动。物理学家们发现,如果让液体表面产生振动,那么新来的液体就可以无限期在表面游荡而不聚并。如果在液体表面施加垂直的正弦波,那么液面就会出现特殊的纹理——法拉第波。

2005年时,巴黎第七大学的物理学教授 Yves Couder 发现,法拉第波可以很好地展现令人费解的量子力学的世界。Couder 发现,可以用这个方法让硅油液滴振动几天都不会停下来和下面的液面聚并。更有意思的是,Couder 发现,产生法拉第波时,在液面表面弹跳液滴的行为符合量子力学的描述,会随机游走。

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