第62章 液氦變為超流體(1 / 1)

你聽說過“超流體”嗎?

以往人們隻知道物質有固體、液體和氣體三種物態,後來了解到在超高溫下還存在一種等離子態。而當人們逐步進入超低溫世界後,才首次發現原來還存在一種“超流體”。它的發現要歸功於荷蘭物理學家昂內斯。

1908年,昂內斯費盡千辛萬苦,終於在零下269℃使氦氣變成了透明而冒著氣泡的液體。但他並不滿足,還想製成固態氦,於是便設法進一步降低溫度到零下270.9℃,結果卻出乎他的預料之外,液氦似乎變成另外一種像水晶一樣清澈的液體。

當昂內斯無意中將一隻玻璃杯放在後一種液氦表麵時,驚奇地發現液體居然能自動向上“爬”過杯口,進入玻璃杯內部,直到杯內外液麵高度相平為止。如果此時將玻璃杯舉起來,杯內的液體又會慢慢“爬”出杯口,流到外麵。這是以前人們從未見過的怪現象。

937年,前蘇聯物理學家卡皮察對這一現象進行深入研究,發現這兩種液氦的許多性質都不相同。前一種液氦與普通流體一樣,是熱的不良導體,而後一種液氦卻一下子變成為所有已知物質中最好的熱導體,導熱率要比前一種液氦高100萬倍,比銅高1萬倍。由於它的導熱率如此之高,其內部不可能出現溫差,因而永遠不會沸騰,液麵始終平靜如鏡。

卡皮察把這種現象稱作“超流動性”。原來,當液氦繼續冷凍時會變成另一種物理狀態,即“超流體”。普通液體的黏度隨溫度的下降而增高,而超流體幾乎沒有黏滯性(黏度僅為氫氣的1/1000),因此比氣體還容易流動,可以無任何阻礙地通過連氣體都無法通過的直徑僅為萬分之一毫米的孔隙,還可以利用分子間的作用力“爬”過一定高度。目前所知,這種狀態隻發生在超低溫下的極個別物質上。卡皮察因此而榮獲1978年諾貝爾物理學獎(與彭齊亞斯和威爾遜分享)。

更多的科學家研究了這種超流動性現象,又有了許多新的發現。其中最有趣的是超流體噴泉現象,將玻璃管浸到超流體中,用光照射玻璃管的下部,玻璃管的頂端就會噴出噴泉,這是由於光的能量驅動超流體使然。

有關超流體的理論研究目前仍在進行之中。一些科學家認為,液氦的超流動性起因於“玻色-愛因斯坦凝聚”。因為氦原子是自旋為整數的玻色子,遵守玻色統計規律,即這些粒子同時處於零點振動能狀態,稱為凝聚;溫度越低,凝聚到零點振動能狀態的粒子數就越多;在絕對零度時,全部粒子都凝聚到零點振動能狀態。由於超流體的原子具有最低的零點振動能,故有極大的平均自由程,可互相滲透,無黏滯性,因此能夠幾乎無阻礙地通過極微小的孔隙。