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科学还是神话——超导现象
2012-10-04| 作者: | 点击:次 |

    拉瓦锡的预言:

    1784年英国化学家拉瓦锡曾预言:假如地球突然进到寒冷的地区,空气无疑将不再以看不见的流体形式存在,它将回到液态。从那时候起,拉瓦锡的预言就一直激励着人们去实现气体的液化并由此得到极低的温度。使气体变成液体,这听起来如同神话一般,但是科学家不仅相信了这个神话,而且使它成为现实。

    在拉瓦锡做出预言的18世纪末,科学研究的水平还非常低,我们今天根本无法想象当时科学家液化气体时遇到的困难有多大。许多人为此呕心沥血、殚精竭虑,贡献了毕生精力,但是他们的努力终于有了回报。

    19世纪30年代,科学家发现通过加压可以使一些气体液化,而且确实使硫化氢、氯化氢、二氧化硫等气体变成液体,但是氧、氢、氮等气体却毫无液化的迹象。在后来的几十年间,人们的主要精力都集中于它们,埃梅曾将氧气和氮气密封在一个特制的圆筒中并沉入1.6千米的海底,使压强超过200个标准大气压;维也纳的一位叫纳特勒的医生还制造了一个能耐3000个标准大气压的容器来液化空气,但都未获得成功。面对这样的现实,不少人感到人类将永远无法使这类气体液化,并认定它们是真正的"永久气体"。

    但即使这样,人类并未停止液化"永久气体"的努力。1877年法国物理学家盖勒德首先实现了"永久气体"中氧的液化,液体氧的温度低达-140℃,1898年,英国科学家杜瓦获得液化氢,液氢的温度为-252.76℃,第二年杜瓦又成功地使液氢变为固体氢,固体氢的温度低到-260℃。

    在通过液化气体获得低温的同时,科学家也制定出另外一种测量温度的温标--开氏温标。平常我们使用的摄氏温标比开氏温标高273.16度,因而开氏温标中的零度就是-273.16℃。1968年,荷兰物理学家昂尼斯在气体液化研究中取得更大的突破,他成功地液化了最难冷凝的氦气,获得了几乎接近0K--即-273.16℃的低温。至此,人类终于全部实现了拉瓦锡的预言。
一个惊人的发现:

    人类通过液化气体获得了低温,科学家会利用低温做什么呢?他们要做的事情很多,其中最重要的是继续那个古老问题的探索,研究那些没有生命的物质在低温下会发生什么变化。
1910年,昂尼斯开始和他的学生研究低温条件下的物态变化。1911年,他们在研究水银电阻与温度变化的关系时发现,当温度低于4K时已凝成固态的水银电阻突然下降并趋于零,对此昂尼斯感到震惊。水银的电阻会消失得无影无踪,即使当时最富有想象力的科学家也没料到低温下会有这种现象。

卡莫林.昂尼斯 

    为了进一步证实这一发现,他们用固态的水银做成环路,并使磁铁穿过环路使其中产生感应电流。在通常情况下,只要磁铁停止运动由于电阻的存在环路中的电流会立即消失。但当水银环路处于4K之下的低温时,即使磁铁停止了运动,感应电流却仍然存在。这种奇特的现象能维持多久呢?他们坚持定期测量,经过一年的观察他们得出结论,只要水银环路的温度低于4K,电流会长期存在,并且没有强度变弱的任何迹象。

    接着昂尼斯又对多种金属、合金、化合物材料进行低温下的实验,发现它们中的许多都具有在低温下电阻消失、感应电流长期存在的现象。由于在通常条件下导体都有电阻,昂尼斯就称这种低温下失去电阻的现象为超导。在取得一系列成功的实验之后,昂尼斯立即正式公布这一发现,并且很快引起科学界的高度重视,昂尼斯也因此荣获1913年诺贝尔物理学奖。

 

 
 

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