Wetenschappers van de Queen Mary University of London en de Russian Academy of Sciences hebben een limiet gevonden voor hoe vloeibaar een vloeistof kan zijn.

viscositeit, de maat voor hoe vloeibaar een vloeistof is, is een eigenschap die we dagelijks ervaren als we een waterkoker vullen, een douche nemen, giet frituurolie of beweeg door de lucht.

We weten dat vloeistoffen dikker worden als ze worden afgekoeld en vloeibaarder worden als ze worden verwarmd. maar hoe vloeibaar kan een vloeistof ooit worden als we hem blijven verwarmen?

Eventueel, de vloeistof kookt en wordt een gas of een dichte gasachtige substantie als deze bij voldoende hoge druk wordt verwarmd. Op het punt waar het overgaat tussen de vloeistofachtige en gasachtige toestand is de minimale waarde van viscositeit.

Viscositeit wordt als onmogelijk beschouwd om vanuit theorie te berekenen omdat het sterk afhangt van de vloeistofstructuur, compositie en interacties evenals externe omstandigheden op een gecompliceerde manier. Nobelprijswinnaar Steven Weinberg vergeleek de moeilijkheid van het berekenen van de viscositeit van water met het probleem van het berekenen van fundamentele fysische constanten, de constanten die het weefsel van ons universum vormen.

Ondanks deze moeilijkheid, de onderzoekers hebben hiervoor een vergelijking ontwikkeld.

In de studie, gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , ze laten zien dat twee fundamentele fysische constanten bepalen hoe vloeibaar een vloeistof kan zijn. fysieke constanten, of constanten van de natuur, zijn meetbare eigenschappen van het fysieke universum die niet veranderen.

Hun vergelijking relateert de minimale waarde van elementaire viscositeit (het product van viscositeit en volume per molecuul) aan de Planck-constante, die de kwantumwereld regeert, en de dimensieloze proton-tot-elektron massaverhouding.

Professor Kostya Trachenko, hoofdauteur van het artikel van de Queen Mary University of London, zei:"Dit resultaat is verrassend. Viscositeit is een gecompliceerde eigenschap die sterk varieert voor verschillende vloeistoffen en externe omstandigheden. Toch laten onze resultaten zien dat de minimale viscositeit van alle vloeistoffen eenvoudig en universeel blijkt te zijn."

Er zijn ook praktische implicaties van het ontdekken van deze limiet. Het kan worden toegepast waar een nieuwe vloeistof voor een chemische stof, industrieel of biologisch proces met een lage viscositeit vereist is. Een voorbeeld waarbij dit belangrijk is, is het recente gebruik van superkritische vloeistoffen voor groene en milieuvriendelijke manieren om complexe afvalproducten te behandelen en op te lossen.

Op dit moment, de ontdekte fundamentele limiet biedt een nuttige theoretische gids voor wat te streven. Het vertelt ons ook dat we geen middelen moeten verspillen om de fundamentele limiet te overschrijden, omdat de constanten van de natuur de viscositeit op of boven dit punt zullen vormen.

Fundamentele fysieke constanten en in het bijzonder dimensieloze constanten (fundamentele constanten die niet afhankelijk zijn van de keuze van fysieke eenheden) worden verondersteld het universum waarin we leven te definiëren. Een fijn afgestemde balans tussen de proton-tot-elektron-massaverhouding en een andere dimensieloze constante , de fijne structuurconstante, regelt nucleaire reacties en nucleaire synthese in sterren die leiden tot essentiële biochemische elementen, waaronder koolstof.

Deze balans zorgt voor een smalle 'bewoonbare zone' waar sterren en planeten zich kunnen vormen en levensondersteunende moleculaire structuren kunnen ontstaan. Verander een van de dimensieloze fundamentele constanten iets, en het universum wordt heel anders, zonder sterren, zware elementen, planeten en leven.

Professor Trachenko zei:"De onderste fundamentele limiet herinnert ons eraan hoe fundamentele constanten van de natuur ons dagelijks beïnvloeden, beginnend met het maken van een kopje thee in de ochtend door hun overkoepelende regel uit te breiden tot specifieke, maar complex, eigenschappen zoals vloeibare viscositeit."

Vadim Brazjkin, co-hoofdauteur van de Russische Academie van Wetenschappen, toegevoegd:"Er zijn aanwijzingen dat de fundamentele ondergrens van vloeibare viscositeit verband kan houden met zeer verschillende gebieden van de natuurkunde:zwarte gaten en de nieuwe toestand van de materie, quark-gluon plasma, die verschijnt bij zeer hoge temperatuur en druk. Het onderzoeken en waarderen van deze en andere verbanden is wat wetenschap zo spannend maakt."