Les liquides dévoilent leurs mystères : une théorie qui change la donne

Comprendre les solides et les gaz repose sur des théories de leurs propriétés les plus élémentaires, telles que l’énergie et la capacité thermique. Ces théories ont été développées il y a plus de 100 ans. En revanche, aucune théorie comparable du troisième état de la matière, l’état liquide, n’existait jusqu’à récemment.

Cela était dû aux problèmes fondamentaux impliqués. Un nouveau livre du professeur de physique de l’Université Queen Mary de Londres, Kostya Trachenko, « Theory of Liquids » (Théorie des liquides), apporte une théorie des propriétés les plus importantes des liquides.

Les défis de la théorie des liquides

Les problèmes fondamentaux liés à la théorie des liquides ont été largement discutés, par exemple, par Landau, Lifshitz et Pitaevskii, qui affirmaient qu’aucune théorie générale des liquides n’est possible car les liquides n’ont pas de petit paramètre.

Outre cette lacune théorique, l’absence de théorie générale des liquides a eu des conséquences néfastes pour l’enseignement des liquides aux étudiants.

Le livre « Theory of Liquids »

Le livre « Theory of Liquids » du professeur Trachenko fournit une théorie des propriétés les plus importantes des liquides, telles que leur énergie et leur capacité thermique. Il explique les développements récents en théorie, en expérimentation et en modélisation qui nous ont permis de comprendre le comportement des excitations dans les liquides et l’impact de ce comportement sur l’énergie, la capacité thermique et d’autres propriétés fondamentales.

Les développements récents et les implications

Le professeur Trachenko (QMUL) passe en revue l’histoire de la recherche sur les liquides, depuis les premières tentatives de Sommerfeld et Brillouin qui cherchaient à comprendre les liquides sur la base des phonons, en même temps qu’Einstein et Debye publiaient leurs articles sur les solides.

Il montre ensuite que les propriétés des liquides peuvent être expliquées sur la base des excitations collectives, des phonons, avec une propriété importante : l’espace des phases disponible pour les phonons dans les liquides n’est pas fixe comme dans les solides, mais est variable.

En particulier, cet espace des phases se réduit avec la température, expliquant la large gamme de résultats expérimentaux tels que la réduction de la chaleur spécifique des liquides de la valeur solide à la valeur gazeuse avec la température.

En synthèse

Le livre « Theory of Liquids » aborde l’état liquide et ses propriétés dans l’ensemble du diagramme de phase, y compris les liquides sous-critiques, les fluides supercritiques et les liquides visqueux dans la gamme de transformation du verre. Il discute également comment les développements de la théorie des liquides ont conduit à d’autres découvertes inattendues, comme la viscosité quantique minimale.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la théorie des liquides ?

La théorie des liquides est une approche pour comprendre les propriétés fondamentales des liquides, telles que l’énergie et la capacité thermique, en se basant sur les excitations collectives et les phonons.

Pourquoi la théorie des liquides a-t-elle été difficile à développer ?

La théorie des liquides a été difficile à développer en raison de problèmes fondamentaux, tels que l’absence de petit paramètre dans les liquides, qui rendent difficile l’élaboration d’une théorie générale.

Quelles sont les implications de la théorie des liquides pour l’enseignement ?

La théorie des liquides permet d’intégrer l’étude des liquides dans les cours de physique statistique ou de matière condensée, offrant aux étudiants une compréhension plus complète des états de la matière.

Qu’est-ce que la viscosité quantique minimale ?

La viscosité quantique minimale est une découverte issue de la théorie des liquides qui suggère que la vie basée sur les liquides, comme la vie basée sur l’eau, est bien adaptée aux constantes physiques fondamentales.

À qui s’adresse le livre « Theory of Liquids » ?

Le livre « Theory of Liquids » s’adresse aux scientifiques intéressés par les états de la matière, aux chercheurs et étudiants en physique, chimie et science des matériaux, ainsi qu’aux enseignants et étudiants qui souhaitent intégrer l’étude des liquides dans leurs cours.