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一個強大的引擎在我們腳下深處旋轉(zhuǎn)，將地核中的能量轉(zhuǎn)換成磁場，從而保護我們免受太陽風(fēng)的侵襲。類似的引擎驅(qū)動著太陽、其他恒星甚至其他行星的磁場活動——所有這些都會產(chǎn)生磁場，這些磁場會自我增強，并反饋給引擎以保持運轉(zhuǎn)。關(guān)于這些被科學(xué)家稱為發(fā)電機的引擎，目前仍不清楚。這在一定程度上是因為，將流體運動的復(fù)雜方程與控制電場和磁場彎曲、扭曲、相互作用和傳播的方程結(jié)合起來，計算起來會加倍困難。但這也因為實驗室的發(fā)電機，試圖模擬天體物理版本，是昂貴的，危險的，并沒有可靠地產(chǎn)生簽名自維持的磁場的真正發(fā)電機。

博科園-科學(xué)科普：現(xiàn)在聯(lián)合量子研究所(JQI)的成員Victor Galitski與另外兩名科學(xué)家合作，提出了一種全新的研究發(fā)電機的方法，一種更簡單、更安全的方法。這項提議發(fā)表在2018年10月25日的《物理評論快報》(Physical Review Letters)上，建議利用一厘米大小的固體物質(zhì)中的電子來模擬普通發(fā)電機中的流體流動。如果這樣的實驗成功了，未來的研究人員可能會更深入地研究地球上的發(fā)電機——甚至可能對每10萬年左右發(fā)生一次的磁場翻轉(zhuǎn)了解更多。馬里蘭大學(xué)的物理學(xué)教授加利茨基說：地球發(fā)電機的動力學(xué)還不太清楚，這些翻轉(zhuǎn)的動力學(xué)也不清楚是。如果我們有能夠復(fù)制這種發(fā)電機某些方面的實驗，那將是非常重要的。

這樣的實驗是不可能的，因為電子，通過一種材料攜帶電流，有時可以被認(rèn)為是一種流體。它們從高電勢流向低電勢，就像山下的水一樣，它們可以以不同的速度流動。發(fā)現(xiàn)電子流體中的發(fā)電機效應(yīng)的訣竅是讓它們在不熔化材料的情況下以足夠快的速度流動。人們并沒有真正考慮過用電子流體在固體中做這些實驗。在這項工作中，我們不認(rèn)為有一個巨大的系統(tǒng)，但我們確實認(rèn)為有可能誘導(dǎo)非常快的流量。這些快速流動本身就很有趣，但是它們對于在實驗室中實現(xiàn)發(fā)電機效應(yīng)特別重要。盡管關(guān)于發(fā)電機還有許多懸而未決的問題，似乎湍流在它們的產(chǎn)生中扮演著關(guān)鍵的角色。

這可能是因為湍流會導(dǎo)致流體的無序運動，它會擠壓從流體的其他部分釋放出來的磁場，使其在自身頂部扭曲和彎曲，增加其強度。但是湍流只會在非?？斓臍饬髦谐霈F(xiàn)（比如飛機機翼上的氣流）或者在非常大的尺度上——比如地核中的液態(tài)金屬或者太陽的等離子體外殼。要用一小塊固體物質(zhì)來制造發(fā)電機，電子需要以從未見過的速度運動，即使是在已知具有高度移動電子的材料中。加利茨基和他的合作者認(rèn)為，一種叫做威爾半金屬的材料可能能夠容納一種電子流體，其速度超過每秒1公里，可能快到足以產(chǎn)生啟動發(fā)電機所需的湍流。

這些材料由于其不尋常的特性，包括在磁場存在時產(chǎn)生的異常電流，可能會降低產(chǎn)生湍流所需的速度，近年來受到廣泛關(guān)注。似乎湍流并不是特別特別，但就我們所知，在固體中從未被證明過，研究工作的一個主要成果是在一些固態(tài)材料中湍流是真實的。目前還不清楚如何在一小片半金屬上啟動發(fā)電機，它可以像物理旋轉(zhuǎn)材料一樣簡單，也可能需要脈沖電場或磁場。無論哪種方式，實驗簽名將顯示一個完全非磁性的系統(tǒng)自發(fā)形成一個磁場。Galitski說：像這樣在電子中有湍流的受控實驗是完全聞所未聞的，我真的不知道會有什么結(jié)果，但這真的很有趣。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自：聯(lián)合量子研究所

參考期刊文獻:《物理評論快報》

DOI：10.1103 / PhysRevLett.121.176603

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