奇异的超流特性

常言道：“人往高处走，水往低处流。”诚然，在重力的作用下，自然界的水当然是从高处流向低处的。可是，科学家们发现有的液体，偏偏不遵守这个原理，它会沿着容器壁，从低处往高处流。这就是神奇的超流特性。

所谓超流特性，就是有的液体在超低温状态下表现出的一些奇特的现象。这是科学家在研究低温物理时候所发现的。20世纪30年代末，苏联科学家彼得·卡皮察首先观测到超低温液态氦的超流体特性，由于这一发现，以及随后的成果，后来他获得了1978年诺贝尔物理学奖。这种超流体的特异现象一经发现，立刻引起了许多物理学家的注意，很快，苏联科学家列夫·朗道用凝聚态理论成功地解释了这种现象。在20世纪70年代末，人们又观测到更多的超流体现象。

严格地说起来，超流特性关键的表征是无阻力。我们把超流体和普通流体相比较，就容易看出这一点。我们在日常生活中，都有这样的经验，普通液体想要流过很细的导管，是很困难的，特别是比较稠密的液体，很难让这种稠密的液体通过细管子流出来。因为管子对流体有很强的阻滞作用。如果想要让流体快速流过，那么需要加以很大的压力，才能将液体从管子的另一端压出来。但是，在低温超流体中，完全不需要这样，由于超流体的特殊性质，使得它在流过细管子的时候不会受到任何阻力。也就是说，不用任何压力，液体就能流畅地从管子的一端流进，并且从另一端流出。所以，在观测这种超流体的时候，会觉得所观察的现象和日常经验相左。

超流体还具有很多其他的特异之处。例如，当容器中的超流体被搅拌后，它将永久地保持漩涡形状，这是在普通液体中无法看到的现象。普通液体在毛细管中，也会发生水往高处流的现象，可是在超流体当中，即使是大口径的容器，超流体也可以沿着容器的一边向上蔓延，并高出容器的顶端。这一点，普通液体就做不到了。

超流体一直是物理学的前沿课题。由于超流体现象都是在超低温环境下观测到的，所以，从事这项研究需要尖端的研究设备。最起码需要很高级的冷却设备，要能把大气中稀有的惰性气体氦进行液化，这种气体是非常难以液化的，其液化的低温接近绝对零度。

氦有两种同位素，一种是由2个质子和2个中子组成的氦－4，另一种是由2个质子和1个中子组成的氦－3。前者是最早发现的超流体，而后者的超流现象直到20世纪70年代才发现。1996 年的诺贝尔物理奖授予了三位科学家，他们是大卫·李、道格拉斯·奥歇洛夫和罗伯特·理查森，他们的获奖贡献正是发现了氦－3的超流性。氦－3的超流性之所以更难被发现，是因为液化氦－3所需要的低温要比氦－4更低，更接近绝对零度。在接近绝对零度的时候，温度每下降哪怕是0.001K都是非常困难的。

为什么人们要研究超流体，研究它有什么价值呢？因为超流现象会进一步加深对量子物理的研究进程。德国慕尼黑大学和马普学会量子光学研究所都是世界级的物理学研究机构，这里的科学家研究的课题就涉及到超流体，并且用到了激光技术。他们用激光束构筑三维能量点阵，通过改变激光能量，成功地实现了玻色－爱因斯坦凝聚态下铷原子气体的超流体态与绝缘态间的可逆转换。科学家认为，该成果在相关研究中具有里程碑性质。

更新的研究似乎表明，不仅液体具有超流特性，固体也可能具有超流性。研究对象依然是氦，不过这次是结晶氦。据报道说，结晶氦似乎能像流体一样流动而没有任何粘性。最先是理论学家推测，在有序晶体中可能存在这样的“超流性”。在美国，有研究者宣称，他们见到了物质的一种十分奇异的状态，该状态下的物质为一种晶体固态，但能像滑润的、无粘性的液体那样流动，他们把这种状态命名为“超固态”。但是，目前尚没有其他研究机构能重复其实验结果。目前的情况是，超流体的每一项研究进展，都是前沿科学的最新动态。

【责任编辑】李金

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