“绝对零度”,人类无法触及到的“禁区”!(3)
2023-10-27 来源:飞速影视
“绝对零度”的确立相当于在科学家面前设立一个“基准”。谁先接近它,谁就能赢得科学的称号。到19世纪末,“绝对零度”的竞赛正式开始。
然而,尽管通往“基准”的道路已在眼前,但很难完全实现“绝对零”。这是因为制造低温的方法类似于冰箱的操作。冰箱内壁与循环制冷剂等较冷物质接触后,热量被带到制冷剂,从而冷却冰箱内部。如果你想带走物体中的所有热量并使其达到“绝对零度”,你必须使用比“绝对零度”更低的物质。这种材料中的原子是否可能移动得如此缓慢,甚至比“静止”还要慢? “绝对零“意味着原子完全处于静止状态,气体的体积应该是零,但这不会发生。然而呢,“绝对零度”这种状态永远无法达到,只能无限接近它。
在冰箱中,制冷剂在膨胀的同时冷却,随着压力的下降,制冷剂内部分子的运动速度变慢。在“绝对零度”比赛中,人们一开始就采用了这种方法。那时,一种又一种气体被压缩,然后迅速膨胀。这一过程不仅降低了温度,而且还将气体冷凝成液体。在19世纪70年代末,法国人路易斯·保罗·卡叶(Louis Paul Cayette)用这种方法获得了零下183°C的液氧和零下196°C的液氮。1898年,苏格兰人詹姆斯·杜瓦(James Dewar)获得了零下250°C的液氢。在那之后,就只剩下氦了。伊姆斯的原子连接松散,是最难以液化的气体,但埃尼斯做到了。这是在文章的开头描述的场景:他发现了超导现象。
但这并没有结束。接下来发生的事更让人吃惊。一般来说,氦原子核包含两个中子和两个质子,所以氦原子最常见的形式是氦-4。当温度降到3.2K时,会有一个更轻的原子出现。它是氦-3,比氦-4薄1000倍。氦-3只有一个中子。一旦液化,它“表现”完全不同于氦- 4。很难想象没有中子的液氦的物理性质会有什么不同。随着温度继续下降到2.17 k,气泡表面的液态氦突然消失,液体变得异常平静。这是怎么呢一些液氦已经进入了一种全新的状态:它是完全无粘性的,无摩擦的,它可以无限地流动,它可以很容易地通过微管,它可以通过连气体都无法畅通无阻地通过的间隙。这是超流体。在这种状态下,无论液体的哪一部分变热或出现气泡,它都会带走热量并阻止气泡的形成,这就是为什么液氦的表面变得如此平静。
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