奚同庚

有趣的低温世界

在向绝对零度进军的同时，科学家又在艰辛地探索着低温世界的许多奥秘。

在低温世界里，物质会发生人们意想不到的许多奇妙的变化，出现很多非常有趣的物理现象。

在超低温条件下，许多金属的性质发生了“脱胎换骨”的变化。韧性本来很好的钢，变得像陶瓷那样脆，敲一下它就会粉身碎骨；至于锡，用不着碰它，已经变成一堆粉末了；本来能流动的水银，变得像铁一般坚硬。当然，也有例外。像铜、铝和镍在很低的温度下，仍然能保持良好的韧性和机械强度。

在超低温条件下，除了金属以外，其它物质也会发生面目全非的变化。柔软而娇嫩的鲜花在液态空气中浸过以后，会变得像玻璃那样既脆又硬，摇一摇，还会叮当叮当直响哩；在非常接近绝对零度的时候，氧气像白色的砂粒，氢气像石头一样硬，各种气体几乎全部成了固体，惟一的例外最能抗冻的是氦气，它还是液体。不过当氦气冷到-270.96℃的时候，它竟会变成一种能“爬”善“攀”的液体。

如果把一个小杯子放在大杯子里面，小杯子里面盛放着液体的氦，当温度冷到-270.96℃的时候，小杯子里面的液氦就会自动地沿着杯子的壁向外“爬”出去，流进大杯子里，一直到大、小杯子的液面相平为止。

这时候的液体氦，已经是一种没有一点粘滞度的理想流体了。我们把液氦在极低温下这种自动“爬”出容器的现象，称为“超流现象”。

“超流现象”在生产和科学研究中有什么用处，目前还不清楚。但是，科学家对这种奇异的物理现象极为重视。有人认为，具有超流现象的理想流体是一种新的物质形态，它可能也存在于某些崩溃的星核之中。弄清这种新的物质形态的本质以后，对于分析宇宙中像脉冲星一类奇异星体的本质，很可能具有特殊的意义。

此外，超低温技术对于原子核物理的发展起着重要的作用。比如，物理学中著名的“宇称守恒定律”之所以被否定，就是以-270℃下的实验结果为依据的。同样，依靠超低温下的实验结果，又证实了著名的弱相互作用中的宇称不守恒理论。

低温世界里的奇妙现象，还有好多，下面我们再着重介绍一个最有趣的物理现象——超导。

失去电阻的导体

1911年，荷兰著名的低温物理学家卡默林·奥尼斯和他的学生，把水银冷却到了-269℃以下，再在已经凝成固体的水银导线上通上几毫安的电流，然后测量它两端的电压。这时突然出现了一个非常奇特的现象：水银导线的电阻竟然完全消失了。

师生两人被这一惊人的发现愣得说不出话来。

乍看起来，这个现象简直是太荒唐了，真叫人不敢相信。为了进一步证实这个奇怪的现象，他们又设计了一个更精密的实验。把水银冷到接近绝对零度，用它做成一个环路，放在一个磁场中。然后把磁场突然撤掉，由于电磁感应作用，在水银环路中便产生了一个感应电流。如界水银内确实没有电阻，感应电流应当毫无损耗地长期流下去。

经过几年的耐心观察，得到了肯定的结果：水银环路里的电流确实没有一丝一毫的衰减。这就是说，环路里的电子，好像坐上了没有任何阻力和摩擦的转椅那样，一旦转动起来，就永远也不肯再停下来。

人们把这种奇妙的现象，称为“超导”现象，把失去电阻的导体，叫做“超导体”。

后来，人们发现，不光是水银，而且许多元素如铅、锌、钽、锡、锂、铝、铌、钼等，以及金属合金、化合物，在低温世界里都具有超导性能。从1911年到现在，人们相继发现的超导体已经有一千种以上。

无论哪一种超导体，只有温度降低到一定数值，才会发生超导现象。这个从正常导电状态转变为超导电状态的温度，叫做转变温度或临界温度。已经发现的一千多种超导体的转变温度各有高低，但范围很窄，从0.14K到23.4K绝对温度以K来表示，它的温度起点为-273.15℃称之为绝对零度。例如0.14K就相当于-273.01℃的摄氏温度，23.4K就相当于-249.75℃的摄氏温度。——编者。

在超低温下，某些物质为什么会产生超导现象呢？为了从本质上解释这一现象，人们已经建立了超导理论。这种理论简单地说来是这样的：在常温下，超导体处于正常状态，它的原子（实际是失去部分电子的正离子）都排列成整齐而又规则的结晶结构——晶格，并且不停地作着热振动；而脱离了原子的自由电子，弥散在晶格的空间，毫无秩序，所以叫做电子气。当导体通上电压以后，电子作定向流动的时候，与振动着的原子频繁碰撞，这种阻碍作用便是电阻的来源。