叶永烈《奇妙的超低温世界》原文阅读
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作者:叶永烈 上传者：admin 日期：12-04-09 |
奇妙的超低温世界
叶永烈
冰雪不足以言冷
从前，人们常用“冰冷”两字来形容冷，以为冰是最冷的东西。自从人们发明了温度计以后，很快就知道冰雪不足以言冷，它的温度只不过O℃，世界上比冰更冷的东西多着呢!
在地球上，最冷的地方要算是北极和南极。在南极，最低气温达到-90℃。这还不算最冷。在月亮背着太阳的一面，最冷要冷到—160℃，真是一个名副其实的“广寒宫”。至于远离太阳的海王星，那就更冷了，温度低到-229℃。但是，海王星也不算最冷。有人以为，热可以高达几千、几万甚至几千万摄氏度，冷也可以低至零下几千、几万甚至几千万摄氏度。然而，尽管人们在实验室里获得了比海王星上更低的温度，却一直无法获得零下三四百摄氏度的低温。
后来，人们从理论上进行推算，才知道冷不像热那样可以无限发展。冷有一个极限——最低的温度是-273．16℃，叫做“绝对零度”。世界上不可能再有比绝对零度更低的温度。
如今，人们在实验室里，已获得离绝对零度只差1／500 000℃的超低温!然而，人们尽管已经十分逼近绝对零度，却仍无法到达绝对零度。
奇妙的现象
随着温度的不断降低，出现了许多奇妙的现象。
在零下190多摄氏度，空气竟变成了浅蓝色的液体，叫做“液态空气”。鲜花在液态空气中浸一下，就变得像玻璃一样脆，一摆动，便叮当叮当直响。鸡蛋、石蜡等在液态空气里，会像萤火虫似地射出荧光。鸡蛋射出的荧光是浅蓝色的，石蜡射出的荧光是浅绿色的。在零下一二百摄氏度，就叫超低温。
金属在超低温世界中，也变得面目全非：水银在常温下，是闪耀着银光的液体。可是，如果你把水银温度计伸进液态空气，水银柱一下子就冻得像一根大头针似的!铅平常是软绵绵的，要直就直，要弯就弯，非常“听话”，可是在超低温世界里，铅变得非常“倔强”，富有弹性，你一松手它就弹回去，恢复原状。一个铃铛如果用铅做的话，在常温下摇起来像个闷葫芦，但是用液态空气浸过以后，摇起来却发出银铃般清脆的响声!锡跟铅恰恰相反，一把好端端的锡壶，在超低温下会碎成煤灰似的一团粉末。例外的是铜，它在超低温下仍像常温时那样保持很好的韧性和机械强度，所以好多超低温设备常常用铜来做。
奇怪的是，氦本是一种无色无味的惰性气体，在超低温下会变成五色液体，而这种液体竟是会“爬”的液体!比如，你把一个小杯放在大杯中，小杯里盛着液态氦，当温度降低到-270．96℃以下时，小杯里的液态氦会自动沿着杯壁“爬”出去，流到大杯中，直到大、小杯里的液面相平为止!液态氦的这种怪脾气，叫做“超流现象”。超流现象已引起许多科学家的注意，但目前还没有一种理论能够正确地解释这种现象。
没有电阻的导线
1911年，荷兰低温物理学家卡曼林·昂尼斯还发现一种奇特的现象：把水银的温度不断降低，使它冻成固体，当温度降到—269℃时，它的电阻突然消失了!这种奇特的现象，叫做“超导现象”。
不久，又有人发现，铅在超低温下，电阻也会消失。人们做了这样一个有趣的实验：用金属铅做成圆环，放在接近绝对零度的超低温中，这时，金属铅的电阻就消失了。人们在金属环上通了电流，然后截断电流，把整套仪器封闭起来。经过两年半以后，人们再把仪器打开，发现金属环里的电流仍在流动，电流强度没有明显的减弱!
现在，人们发现，不只是水银、铅具有超导性能，而且铌、锌、铝、钽、锂、锡等23种纯金属与60多种合金，在超低温时也都具有超导性能。其中最为突出的是铌，它在-263．94℃就显示了超导性能，比其他纯金属、合金显示超导性能的温度高。
超导现象的发现，引起子科学家们的关注。如今，他们正在努力寻找一种金属或合金，使它在室温或稍低于室温的温度下，就能显示出超导现象。如果能够找到这种金属或合金的话，那将引起电力工业上的一场划时代的革命。据统计，现在世界上的电能，大约有1／4损耗在输电线路上。一旦制成没有电阻的导线，那就相当于使全世界的发电量增加了1／41有人认为，即使找到一种金属，在-200℃左右显示超导现象，只要采取一定的绝热措施，这种导线便可在电力工业中得到应用。
人们还利用超导现象，制成小巧玲珑的“冷子管”。冷子管的构造很简单，它是由两根彼此绝缘并互相交叉的不同金属丝，浸在液态氦中做成的。这两种不同的金属丝，一种是钽，一种是镎。冷子管比电子管小得多，比半导体晶体管还小，可用作电子计算机元件。冷子管用电很省，100万个冷子管每小时只消耗半瓦电。冷子管非常灵敏，人们用它可以测量从遥远星球射来的很微弱的光线。利用超导现象，还可以制成微波放大器。这种放大器是现在世界上最灵敏的放大器，可以避免分子热骚动而带来的杂音，使微波得到有效的放大。
广泛的应用
在钢铁工业上，人们开始用超低温处理钢铁制品。经过处理后，钢的强度可以提高一倍半，铁的强度可以提高两倍。
在农业上，人们利用超低温来锻炼种子，增强它们的耐寒本领。在国外，农业科学家利用逐渐降低温度的办法，把醋栗的种子进行低温处理。他们每天把温度降低10℃，从室温慢慢下降到零下200多摄氏度，结果使本来在零下十几摄氏度就会冻死的醋栗种子，锻炼成能够经受住零下200多摄氏度超低温的考验。由于采用这种办法锻炼种子，许多果树和庄稼的耐寒本领大大增强。
目前超低温技术最主要是应用在液态空气工业上。人们把空气温度降低到超低温，一加压力，便变成水——样的液态空气。然后，慢慢蒸发液态空气，进行分馏，可以把空气中各种不同气体分开，制得纯净的氧气、氮气、二氧化碳、氦气、氖气、氩气等。
在医学上，人们利用超低温技术，保存一些贵重药品，防止变质。最近几年，我国试制成功一种“冷刀”。这种刀是空心的，里面不断流过液态氮或液态空气。用冷刀开刀，可起麻醉、止血作用，能够减少病人的痛苦。
在宇宙航行中，宇宙飞船或人造卫星将会遇到零下200多摄氏度的超低温。因此，使用的材料事先都要用超低温进行检验，合格后才允许上天。
在科学研究中，超低温也是人们很重要的助手。像物理学上著名的“宇称守恒定律山，’被推翻，就是以-270T的超低温实验结果作为依据的。
诱人的幻想
有趣的是，科学家们正在研究生物在超低温时的“生命冷藏”问题。生物学家们曾拿金鱼做了一个实验：把金鱼用镊子从水里夹出来，等它表面稍微干一些以后，就把它头朝下插进液态空气里。金鱼立即冻得硬邦邦了。但是，经过10-15秒钟以后，再放回温水，金鱼竟然复活，摆动着它那轻纱般的尾巴，悠然自得地游来游去。金鱼这种复活现象，引起人们极大的兴趣。
使人感到奇怪的是，如果让金鱼的温度慢慢降低，降到零下100多摄氏度，它就再也无法复活，而快速地让它降低温度，却能够复活。
生物学家们经过研究，发现在慢慢冷却时，细胞中的水分结成冰。由于水的体积在4cC时最小，所以结冰时水的体积膨胀，使细胞胀裂、死亡。可是，在快速冷却时，细胞中的水分很快结成冰，来不及膨胀，细胞没有受到破坏。
目前，人们正在探索着其中的奥秘，以便寻找一种延长动物和人的寿命的办法。比如，一下子把人或动物冷冻起来，使他们的生命暂时凝固。过了若干年，再升高温度，让他们复活，于是使他们能活更长的时间。有人设想，当试验成功之后，把它用于宇宙航行。这是因为星球与星球之间的距离，往往非常遥远。从地球上坐宇宙飞船飞到某些遥远的星球，要上百年、上千年以至上万年。坐着宇宙飞船到那么遥远的星球上去考察，人的生命是不够用的。科学家们想，当宇宙火箭起飞之后，就把宇宙飞行员用超低温设备迅速冷冻起来。当快到那个星球时，把温度升高，使人复活。当他完成考察任务之后，在返回地球途中，又用超低温冷冻。回到地球时，再重新复活。这么一来，人的生命就够用了。超低温世界，是一个奇妙的世界。人们探索不已，正在不断探寻着超低温世界的奥秘。
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