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细菌竟然具有将普通液体变成超流体的特异功能

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超流体是一种物质状态,特点是完全缺乏黏性或零黏度。如果将超流体放置于环状的容器中,由于没有摩擦力,它可以永无止尽地流动。液态氦在负271℃以下时,内摩擦系数变为零,这时液氦可流过半径为十的负五次方厘米的小孔或毛细管,这种现象叫做超流现象(Superfluidity),这种液体叫做超流体(Superfluid)。


让人奇怪的是,最近科学家发现,游动细菌能改变普通液体的黏度,在某些情况下,甚至可以将普通液体变成超流体。巴黎大学物理学家Harold Auradou小组曾试图观察将游泳的细菌加入液体内会产生什么改变,结果发现这种可能被开发成为纳米马达的液体。该研究7月7日发表在Physical Review Letters。德国萨尔州大学物理学家Karsten Kruse说,这一研究符合过去有人提出的一种理论模型,作者在研究中弄清了细菌从常规流体过渡到超流体状态的详细过程。


科学家将E coli大肠杆菌浸入足够少量的水和营养物质内,这些水和营养物质只能够让这些细菌活着和运动,但不够让他们复制繁殖。然后用流变仪对这些液体进行缓慢搅拌,流变仪能测定液体黏度,利用这一方法记录下样品在不同转速和细菌浓度条件下的液体流速,可计算出细菌溶液的黏度。结果发现,随着细菌数量增加,液体的黏度下降,符合过去科学家提出的一个预测,就是在微观尺度上,游泳者可对正常液体黏度产生巨大影响。大约6百万活的大肠杆菌可让液体的黏度降低到接近零。继续增加细菌数量仍可保持在这一状态。


Auradou已经确定这一效应来自细菌的活动,而不是其他因素。因为使用死亡的细菌,则没有任何作用。科学家现在不知道细菌是如何将普通的液体变成超流体状态,Auradou认为,细菌存在一种科学家目前不理解的群体运动方式。理论模型显示,细菌的动力装置鞭毛在这一效应中可能发挥关键作用。当细菌在游泳时,细菌能利用鞭毛对抗水流,降低局部那些形成液体黏度的分子之间的作用力。


Aradou说,他的团队使用了20年的老流变仪帮他们获得这一观察结果,主要是因为这一仪器能测定非常低旋转液体的流速,这是进行这一观察的重要条件。利用现在流行的新流变仪无法进行这样的观察,因为新仪器太复杂,只能测定比较高的黏度和高剪切速率。


科学家强调,他们古董设备也能与计算机控制的马达和液体速度变化记录器链接,阿贡国家实验室物理学家Igor Aronson说,该研究最有意思的是该仪器的设计部分,是为解决特定问题进行特定实验进行的专门设计。


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