探索绝对零度的科技之旅(7)

  超流体是超低温下具有奇特性质的理想流体,即流体内部完全没有粘滞。超流体和超导体都是超低温现象,但超流体所需的温度比超导还低。

  超流体其中一个重要的应用是稀释致冷机。超流氦-4也已成功用作化学领域光谱分析技术的量子溶剂。超流体亦用于高精度仪器,如陀螺仪;它还可以量度一些理论预测的引力效应。另外,2002年,德国科学家实现,铷原子气体超流体态与绝缘态可逆转换,科技界认为该成果将在量子计算机研究方面带来重大突破。

  而且,美国麻省理工学院的物理学家在剑桥发现一种新物质态:超流气体。这种物质是50nK(纳开,十亿分之一开尔文)的锂-6。此外,2004年,美国宾州州立大学的物理学家发现了超固体,当氦-4在高压冷冻到2K以下,超流体便相变成超固体。它亦可以零粘度流动。

  更令人惊异的发现接踵而至。氦原子通常包含有两个中子、两个质子,因此,最常见的氦原子一般为氦-4,然而,还有一种比氦-4罕见数千倍的同位素氦-3,其只有一个中子。这些更轻的氦-3中子会在3.2K而非4.2K凝结,而且,一旦被液化,两者的行为迥然不同,例如,氦-3的黏性不仅没有减弱,反而会变得更强。

  谁能想到,仅仅一个中子之差就会让一种液体的物理属性发生如此巨大的变化?但它们并非罕见的现象,而是在我们的生活中随处可见,只不过我们的肉眼凡胎,没有意识到普通物质本身是多么令人惊奇而已。

  “幕后黑手”:量子力学

  这些貌似怪异的行为背后存在着一个普遍的真理,那就是,我们所身处的世界是一个由量子力学所支配的世界。只有当低温让这些随机波动减少之后,这一点才水落石出。例如,我们看到,氦原子之间的相互作用如此微弱,导致量子机制让这些氦原子不用麻烦地四处“跳来跳去”就可以交换位置。这种量子交换使这两种氦能在能达到的最低温度下保持液态。实际上,计算表明,在标准大气压下,氦即使在绝对零度下也会保持液态。

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