★從未聽說過的超流
冷,冷,冷!哪兒最冷?
在地球上,最冷的地方在南極,曾記錄到-88℃的低溫。科學家卻說,這隻是“普冷”,普普通通的冷,還有更冷的地方,那就是實驗室。
物理學家為了把氣體變成**,在實驗室製造出比南極更冷的環境,冷到零下200℃。冷到這個地步,好多氣體,包括氮和氧都成了**;冷到這個地步,出現了好多怪現象,橡皮球失去了彈性,扔到地上不會彈跳,而脆得像玻璃,碎了。還有,會流動的水銀變得邦邦硬,能拿來當錘子使……
這還不算冷,在實驗室裏又製造出比-200℃更冷的環境,在-253℃的時候,氫氣變成了**。最難液化的氦氣,經過艱辛的努力,終於在-269℃的時候,也成為了**。到此為止,所有的氣體都被液化了。
在這麽冷的環境裏,怪現象更為奇特。第一個現象是超導現象,導體的電阻消失了,電流在導體裏永遠流動著;磁鐵不再吸鐵,而懸浮在空中。超導的宣傳很多,大家也許已知道了;而第二個現象——超流,卻很少有人知道,也許從未聽說過。
超流特別怪:**都有流動性,而且都是向下流;可是真怪,在超低溫的實驗室裏,**不僅往低處流,居然也會往高處走,盛在杯子裏的**,會沿著杯子內壁向上走,又從杯子外壁流下來,好像給杯子內外壁貼上了一層薄膜。把杯子蓋上蓋子,也很容易“流”出來。
這是一種從未見過的**,從未見過的怪現象,首先發現這一怪現象的人是物理學家卡皮察。卡皮察是前蘇聯人,1921年赴英國留學,學成後便居住在英國從事科學研究,研究工作很出色。英國皇家學會打破了200多年來從不吸收外國人為會員的規矩,破例吸收了卡皮察。
1934年,為探望母親,卡皮察返回前蘇聯,再沒到英國去。前蘇聯政府把卡皮察使用過的全套設備從英國買了回來,建立了一個物理研究所。
1938年,卡皮察發現,當溫度從-269℃下降到-271℃(僅僅下降2℃)的時候,液態氦突然變成了一種從未見過的**。他把這種液化氦叫作“氦Ⅱ”。
為了測量氦Ⅱ的粘滯性,卡皮察用一種方法強迫氦Ⅱ從兩塊平滑的光學玻璃片通過,兩塊玻璃片之間縫隙極其微小,氦Ⅱ竟以無法測定的速度通過了縫隙。後來,其他科學家也發現氦Ⅱ很容易流過直徑隻有幾分之一微米的毛細管。氦Ⅱ的粘滯性隻是水的十億分之一,幾乎等於零。
這種超流動性,就簡稱超流。
在-271℃和-272℃的時候,氦Ⅱ沒有摩擦力,沒有粘滯性,也沒有表麵張力,能順暢地通過微孔——萬分之一厘米的微孔。千萬不能把氦Ⅱ裝在沒上釉的陶罐裏、陶壺裏,這樣它會從那看不見的微孔中流走。這時的陶罐、陶壺,不再是容器,而成了“過濾網”,大漏特漏。因此,最好把氦Ⅱ裝在玻璃容器裏,不過,它又會沿著容器的壁向上爬,像剛才說的,從內壁爬向外壁。
氦Ⅱ的超流現象還有奇怪的哩。一般的**,比如一桶水,手提水桶,轉動水桶,桶中的水會隨著桶轉動。而氦Ⅱ卻不,慢慢地轉動容器,氦Ⅱ不隨著容器轉,而是靜止不動。如果液麵上放一根指針,讓指針指向北極星,無論怎麽轉動,指針始終指向北極星。這就是說,桶動它不動,而且是相對恒星靜止不動。許多科學家的試驗,證實了這一怪現象。
超流最奇特的現象是噴泉效應。這個實驗請看參考圖,圖中容器中盛著一些氦Ⅱ,其中放著一個類似眼藥瓶的管子,管口很細,管內裝滿了黑色的金剛砂粒,金剛砂很細,用棉花塞堵緊。用手電筒的光(並不強的光)照射時,黑色金剛砂吸收了熱,溫度稍稍提高,氦Ⅱ就湧人“眼藥瓶”,從管口向高處噴射出來。這個小噴泉可噴到30厘米高,與小容器相比,可稱得上壯觀了。
為什麽液氦的個性那麽特別?
至今仍是一個沒有結論的秘密。有人認為,液氦雖然是**,但具備氣體的特點。**密度比氣體大得多,原子之間的間距小,而液氦的密度並不大。很小,隻是水的0.08~0.14倍,原子之間的間距大。看起來,液氮很像氣體,但卻又不是氣體,氣體會充滿整個容器。
在這篇短文裏,我們很難把這個問題說清。它仍然是一個需要深入研究的問題,超流現象中提出的為什麽,包含著許多個不知道,僅僅用經典物理學已無法解釋這些怪現象。科學家們早已看出來,是量子力學在起作用,這正是超流現象吸引人的地方,吸引著當代的科學家,必然也會吸引著未來的科學家。
說不定哪一天,通過超流現象的研究,基礎理論會有所突破;說不定哪一天,超流現象會啟示人們搞出個新發明來。