Вязкость моторного масла: учёные нашли её абсолютный космический предел

Вязкость — это способность материала сопротивляться течению, и именно она не даёт деталям двигателя превратиться в дорогую металлическую стружку. Моторное масло должно оставаться достаточно жидким при запуске и достаточно густым при рабочей температуре, чтобы создавать масляную плёнку между трущимися поверхностями. На практике показатели вязкости ограничены технологическими стандартами, но с точки зрения физики у этого параметра вообще нет разумного потолка — пока кто-то не решит его поискать.

Японский геофизик Масаки Йошида из Университета Рицумейкан задался вопросом: где находится та грань, за которой вязкость перестаёт быть свойством жидкости и становится свойством твёрдого тела? Для ответа он объединил десятилетия геодезических данных, лабораторные эксперименты по деформации горных пород и компьютерные симуляции геологических процессов, длящихся миллионы лет. В результате появилась цифра: 10 в степени 30 ± 2 паскаль-секунд. Для сравнения: вязкость воды составляет около 0,001 Па·с, мёда — около 10 Па·с, а стекла при комнатной температуре — примерно 10 в 20-й степени Па·с. Предложенный предел на десять порядков выше.

Вещество с такой вязкостью ведёт себя как твёрдое тело в любых практических сценариях. Любое заметное перемещение его частиц заняло бы больше времени, чем существует Земля. Именно поэтому в гидродинамике раньше использовали термин "бесконечная вязкость" — проще поставить бесконечность, чем возиться с числами, которые никогда не встретятся в реальных расчётах. Но для науки бесконечность — это всегда компромисс, и новая работа превращает её в конкретную величину, пусть и почти недостижимую.

Интересно, что материал, обладающий такой вязкостью, — это не масло и не силикон, а породообразующие минералы в глубинах планеты. Когда тектонические плиты движутся, эти породы текут, хотя и с черепашьей скоростью. Получается, что один и тот же физический принцип — вязкое течение — работает и в моторе вашего автомобиля, и в мантии Земли. Разница лишь в масштабе времени и давления.

С практической точки зрения, это открытие не изменит рецептуру моторных масел: ни один двигатель внутреннего сгорания не создаёт условий, при которых потребуется смазка с вязкостью в 10 в 30-й степени Па·с. Однако работа полезна для геофизиков, изучающих прошлую и текущую геологическую активность, а также для тех, кто исследует неньютоновские жидкости — например, кетчуп, который становится жиже при встряхивании. Для них наличие реального верхнего порога упрощает моделирование.

Отдельно стоит отметить, что само существование такого предела напоминает: наука не терпит пустоты. Даже в области, где бесконечность казалась удобным допущением, нашёлся учёный, который рассчитал конкретное число. И хотя это число невозможно представить в быту, оно заставляет задуматься о том, как много общего между простой канистрой масла и глубинными процессами, формирующими лик планеты.