Какие существуют проблемы в описании жидкого состояния вещества в теоретической физике? При каких условиях в жидкостях могут быть фазовые переходы? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Вадим Бражкин.
Теоретики пытались стартовать как с твердоподобного состояния для описания жидкости, так и с газоподобного. Переход жидкости в твердоподобное состояние практически невозможно описать, поскольку мы сталкиваемся с решением большого числа нелинейных уравнений и вводим большие нелинейности во взаимодействие между частицами. Затем наступают множественные бифуркации, то есть смена типов решений, и системы большого количества нелинейных уравнений физики-математики решать не умеют. Поэтому вот уже сто лет теоретики, описывая жидкое состояние, стартуют с газов.
За последние 20 лет экспериментаторы разоблачили два газоподобных свойства жидкости. Оказалось, что это мифы. Первый миф о бесструктурности. Все жидкости имеют конкретную структуру ближнего и промежуточного порядка. Наша группа в течение 15–20 лет исследовала поведение жидкости при высоких давлениях. Оказалось, что жидкости могут иметь совершенно различную структуру ближнего порядка и между разными состояниями жидкости при изменении давления могут быть фазовые превращения. Известно, что в кристаллах под давлением могут быть фазовые переходы, такие как «графит — алмаз», но это скорее правило, чем исключение, то есть почти все кристаллы имеют многочисленные фазовые переходы. О жидкостях этого никто не знал.
Мы открыли, что существует аналог линии кипения при сколь угодно высоких давлениях. То есть нет кипения в термодинамическом смысле, нет скачков термодинамических величин, однако меняется динамика движения частиц. Это приводит ко многим кардинальным следствиям. Например, вязкость, теплопроводность, скорость звука падают с температурой в этой твердоподобной жидкости и начинают расти с температурой в газоподобной жидкости.
