10 懸浮的青蛙

最榮耀的發現:

“安德烈·海姆和邁克爾·貝裏,他們借助磁鐵而讓一隻青蛙懸浮。”

獲獎者:

安德烈·海姆(Ae; Geim)

邁克爾·貝裏(Michael Berry)

在2000年的搞笑諾貝爾獎獲得者中,英國皇家海軍榮獲和平獎。出於節約,海軍士兵被下令大喊“砰”,而不使用真正的大炮。化學獎頒給了這樣一個發現:從生物化學的角度來看,浪漫的愛情和強迫症並沒有區別。醫學獎頒給了一個通過CT和核磁共振研究房事和前戲時人類生殖器官的團隊。本來組織者安排了該研究的現場展示,然而由於擔心有傷風化,在最後一刻取消了。

在這樣的聚會裏,安德烈·海姆並沒有覺得不自在。他欣然接受獎項。當他在規定的30秒內發表講話時,在他身後的屏幕上,一隻小青蛙、一滴水、一顆草莓、一隻蚱蜢,一個接一個地飄浮了起來。他在演講中提到自己收到許多來信:一位司機想在他的車內安放一枚磁鐵,以便能夠飛起來躲避堵車;一位英國傳教士渴望給他的宗教團體留下深刻印象,曾出價100萬英鎊,希望海姆能夠幫助自己在信徒的眼前懸浮起來;工程師們希望將懸浮技術運用在各個領域,從垃圾回收到在失重狀態下合成材料;來自世界各地的小朋友們寫信說,他們也想成為科學家。

安德烈·海姆是馬克·亞伯拉罕最好的收獲:在獲得搞笑諾貝爾獎10年之後,海姆收獲了另一個諾貝爾獎,而這一次的頒獎地點是在斯德哥爾摩。海姆說,這兩項榮譽都讓他感到自豪。

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在博士論文答辯後不久,安德烈·海姆於1990年離開蘇聯,來到西歐,繼續他的博士後生涯。4年之後,他已享有不錯的科學聲譽,並被荷蘭拉德堡德大學聘為副教授。他立即接受了這個職位,非常高興終於擁有安全而穩定的新生活。雖然海姆在奈梅亨找不到必要的設備繼續他關於超薄薄膜微電子學的研究,但他卻能在大學引以為傲的強磁場實驗室裏盡情工作。正是在這個實驗室裏,開發出了一項幾乎獨一無二的技術:在室溫條件下,可以獲得極強的、比地球磁場高出50萬倍的磁場。在考慮如何利用這一磁場時,海姆很快有了一個主意,他想起磁化水的神奇故事,這種磁化水具有防止鈣化沉澱的特性。據說,隻要在水龍頭周圍安放一小塊磁鐵,就可以避免在燒水壺裏形成水垢。這個小裝置的銷路很好,效果也不錯,但似乎沒有人明白其中的道理。這一現象多年以來一直令海姆感到困惑,但是他從未找到一丁點兒解釋。於是他想,如果水能夠具有磁性,那還有哪裏比拉德堡德的實驗室更適合探究它呢?接著,他做了一件任何心智健康的物

理學家恐怕都不敢輕易做的事情:把水倒進線圈中央的垂直空洞中。他永遠也說不清如何產生這個既荒謬又非凡的想法。令他萬分驚訝的是,水並沒有流淌到地板上,而是在半路停了下來:懸浮在空中。

當遇到“無法解釋”的現象時,一些搞笑諾貝爾獎得主便想象自己發現了一條全新的自然基本規律,這一規律或許會讓我們對所有知識產生懷疑。而海姆是一位頭腦清醒的科學家。他很快就意識到,自己對那些熟記於心的基礎理論的結果仍然思考得不夠深入。這裏所涉及的僅僅是抗磁性,是所有物質都具有的一種極其普遍的特性。但這一屬性隻有在磁場中才會表現出來:原子中的電子軌道發生了微小的變化,產生了微弱的磁力,磁力的方向與產生它的磁場方向相反。如同海姆所言,我們再次看到楞次定律(Lenz''''s law)這一古老的法則:一個受到幹擾的係統,會對幹擾效應產生反抗。但這種微磁化是短暫的,磁場一旦切斷,它就會消失。我們熟悉的金屬鐵和磁複合物,比如指南針的指針或者磁芯片,它們的磁力持續長久,磁化強度高。相比之下,這一微磁化現象顯得微不足道。

盡管水的磁性是鐵的十億分之一,然而正是這種磁力,解釋了在拉德堡德大學的強磁場中,一滴水為何能懸在半空:水滴所獲得的微弱

磁性趨向將其推出磁場,從而將其向上推,而水滴的重量又將它向下拉。這一推理當然也適用於其他自身無磁性的材料,也就是說,幾乎一切都適用。於是,在接下來的幾個小時,海姆和他的同事及博士生們像孩子一樣,輪流將水滴、塑料球、榛子、花朵、蚱蜢飄浮於半空。最後,他們還找來一隻身長1厘米、年輕漂亮的綠青蛙。(需要說明的是,這隻青蛙沒有遭罪,它活了很久,也生下許多後代,動物愛好者們大可放心。)

接下來,海姆需要發展他的觀察實驗的理論基礎。他和著名理論家、來自英國布裏斯托大學的邁克爾·貝裏教授一起工作。很快,他們就將成果發表在英國有名的《物理學雜誌》(Journal of Physics)上。隨後,文章迅速被許多科普報刊大量轉載,懸浮青蛙享有了耀眼的國際聲譽。

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安德烈·海姆在42歲時,就因其大量的科研成果和磁懸浮研究所帶來的榮譽,得到許多英國大學拋來的橄欖枝,邀請他擔任教授一職。最後,他選擇了曼徹斯特大學,原因很簡單:該大學同時給他妻子提供了講師的職位。海姆的妻子也是一位傑出的物理學家,在拉德堡德的那些年裏,她卻隻能做一名技術員。海姆夫婦很高興他們都能夠從事科研職業,並且也被未來同事的關懷所打動。對於這個選擇,他