玻尔非线性流体表面振荡的实验观测

尼尔斯·玻尔在其职业生涯早期发展了一种非线性流体表面振荡理论，旨在研究液体的表面张力。该理论包含了多极表面振荡模式之间的非线性相互作用，超越了瑞利和兰姆的线性理论。它预测，对于一个由幅度为 $\eta$（远小于 1）的四极分量非线性诱导产生的八极分量，其特定的归一化幅度为 $0.41\dot{6}\eta^2$。此前尚未有关于该预测的实验证实报道。然而，精确测定多极分量至关重要，例如在光纤拉制、薄膜吹塑以及最近用于射线与波混沌研究和光子学应用的光流体微腔中。在此，我们报告了对其理论的实验验证。通过利用光学前向衍射，我们测量了从变形微孔喷射出的表面振荡液柱在极端位置处的横截面边界轮廓。我们在各种实验条件下一致地获得了 $0.42\pm0.08$ 的系数。我们还测量了由液柱横截面段形成的二维腔体的共振模式谱。观测到的谱与假设系数为 $0.415\pm0.010$ 的波动计算结果吻合良好。我们的测量结果确立了对玻尔流体动力学理论的首次实验观测。