解决了50年的力学难题：物理学家证明2D和3D液体在根本上是不同的

一个国际研究人员小组解决了50年的统计力学难题，事实证明，二维（2D）液体与三维（3D）液体具有根本不同的动力学特性。

研究人员通常使用2D实验和模拟来表示3D液体，这仅仅是因为2D研究更容易进行。

通过这些研究，物理学家的目标是根据颗粒的微观运动合理化熟悉的宏观流体性质，例如粘度，并可以直接在2D模式下对其进行可视化。

由新加坡南洋理工大学（NTU新加坡）的Massimo Pica Ciamarra副教授领导的团队着手了解2D和3D液体中原子的“热运动”。

由计算机模拟生成的二维液体中原子轨迹的图像。大多数轨迹是拉长的，而闭合轨迹的拉长是相似的。这是李等人发现的集体运动的视觉特征，它证明了二维和三维液体之间的根本区别。

他们结合了纸笔计算和数值模拟，预测二维液体中的原子可以行进很长的距离，然后才能有效地“忘记”它们的初始位置。这种行为引起了原子的微妙的集体运动，这种运动以前只被认为是在固体中发生的。

为了证实他们的理论发现，研究人员进行了在显微镜下跟踪胶体颗粒运动的实验。在普通的三维液体中，此类粒子执行一种称为布朗运动的随机运动。

但是在二维液体中，研究小组能够证明布朗运动叠加在大规模集体运动上。如1960年代Mermin和Wagner所预言的那样，这种集体运动以前被认为仅在2D实体中发生。

2D和3D液体之间根本区别的证据是由新加坡南大，印度贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心，中国科学技术大学和加利福尼亚大学（洛杉矶）的研究人员获得的。美国。他们的工作于11月在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表。

“我们的发现表明，二维液体和三维液体不仅是彼此的变体，而且是根本不同类型的物质，” Pica Ciamarra副教授说。

物理与数学学院的NTU副教授Pica Ciamarra发现2D和3D在本质上是不同的。

“我们的发现有助于解释二维和三维液体动力学特性之间的许多令人费解的差异，这在科学文献中已有报道，”皮卡·恰玛拉（Assoc Pica Ciamarra）副教授说。“只有在2D中，而不是在3D或更高尺寸中，弛豫时间才不会与粒子的扩散率成反比。”

Y.-W博士补充说：“从2D研究中提取有关3D液体动力学的相关信息”。这项研究的合著者李说：“研究人员需要开发一种方法，以选择性滤除观察到的集体粒子振荡的影响。”

参考：“ Yan-Wei Li，Chandan K. Mishra，Sun Zhao-Yan，赵坤，Thomas G. Mason，Rajesh Ganapathy和Massimo Pica Ciamarra的“二维液体中的长波长波动和异常动力学”，会议记录，2019年10月28日，会议记录美国国家科学院
10.1073 / pnas.1909319116