打开原子的大门-第7节

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　　在今天，液态氦在现代技术上得到了重要的应用。例如要接收宇宙飞船发来的传真照片或接收卫星转播的电视信号，就必须用液态氦。接收天线末端的参量放大器要保持在液氦的低温下，否则就不能收到图像。
　　然而，液态氦的奇妙之处还不在于低温。
漏液氦的杯子
　　卡美林·奥涅斯是第一个得到液氦的科学家。他并不满足，还想使温度进一步降低，以得到固态氦。他没有成功（固态氦是1926年基索姆用降低温度和增大压力的方法首先得到的），却得到了一个没有预料到的结果。
　　对于一般液体来说，随着温度降低，密度会逐渐增加。卡美林·奥涅斯使液态氦的温度下降，果然，液氦的密度增大了。但是，当温度下降到零下271摄氏度的时候，怪事出现了，液态氦突然停止起泡，变成像水晶一样的透明，一动也不动，好像一潭死水，而密度突然又减小了。
　　这是另一种液态氦。卡美林·奥涅斯把前一种冒泡的液态氦叫做氦Ⅰ，而把后一种静止的液态氦做氦Ⅱ。
　　把一个小玻璃杯按在氦Ⅱ中。玻璃杯本是空的，但是过了一会，杯底出现了液态氦，慢慢地涨到跟杯子外面的液态氦一样平为止。
　　把这个盛着液态氦的小玻璃杯提出来，挂在半空。看，玻璃杯底下出现了液氦，一滴，两滴，三滴……不一会，杯中的液态氦就“漏”光了。是玻璃杯漏了吗？不，玻璃杯一点也不漏。这是怎么回事呢？
　　原来氦Ⅱ是能够倒流的，它会沿着玻璃杯的壁爬进去又爬出来。这是在我们日常生活中没有碰到过的现象，只有在低温世界才会发生。这种现象叫做“超流动性”，具有“超流动性”的氦Ⅱ叫做超流体。
　　后来，许多科学家研究了这种怪现象，又有了许多新的发现。其中最有趣的是1938年阿兰等人发现的氦刀喷泉。
　　在一根玻璃管里，装着很细的金刚砂，上端接出来一根细的喷嘴。将这玻璃管浸到氦Ⅱ中，用光照玻璃管粗的下部，细喷嘴就会喷出氦Ⅱ的喷泉，光越强喷得越高，可以高达数厘米。
　　氦Ⅱ喷泉也是超流体的特殊性质。在这个实验中，光能直接变成了机械能。
魔术世界
　　大家还记得拉姆赛把各种物质放到液态空气中的各种奇妙的实验吧！各种物质放在液态氦里，情况就更奇妙了。
　　看！在液氦的温度下，一个铅环，环上有一个铅球。铅球好像失去了重量，会飘浮在环上，与环保持一定距离。
　　再看！在液氦的温度下，一个金属盘子，把细链子系着磁铁，慢慢放到盘子里去。当磁铁快要碰到盘子的时候，链子松了，磁铁浮在盘子上，怎样也不肯落下去。
　　真像是到了魔术世界！这一切，只能在液态氦的温度下发生。温度一升高，魔术就不灵了，铅球落在铅环上，磁铁也落在金属盘子里了。
　　这是低温下的超导现象。
　　原来，有些金属，在液态氦的温度下，电阻会消失；在金属环和金属盘中，电流会不停地流动而产生磁场。这时候，磁场的斥力托住了铅球和磁铁，使它们浮在半空中。
　　在低温下，出现了许多奇妙的物理现象。许多重要的物理实验，都要在低温下进行。
　　目前，世界各国的物理学家还在研究液态氦，希望通过液态氦达到更低的温度，研究各种物质在低温下会发生什么奇妙的变化，会有什么我们目前还不知道的性质。这就产生了物理学的一个新的分支——低温物理学。
结束语
　　氦，这个奇妙的物质，一直在引起科学家们的注意。科学家们继续研究氦，通过科学实验，不断地为氦写下一页又一页新的历史。
　　物理学家不仅仅得到了液态氦，还得到了固态氦，他们正在向绝对零度进军（物理学把零下273。16摄氏度叫做绝对零度。这个温度标叫做绝对温标，用K表示。OK就是…273。16℃，而273。16K就是0℃）。从理论上讲，绝对零度是达不到的，但是可以不断接近它。液态氢的沸点是绝对温标20。2度，液态氦的沸点是绝对温标4。2度。在绝对温标2。19度的时候，氦Ⅰ变为氦Ⅱ。1935年，利用“绝热去磁”法，使液态氦冷到绝对温标0。0034度；1957年，达到绝对温标0。00002度；目前已达到跟绝对零度只相差0。000001度了。
　　天文学家也继续研究着太阳元素。太阳上的氢“燃烧”变成了氦，以后的命运又如何呢？他们发现宇宙间有一些比太阳更炽热的恒星，中心温度达到几亿度。在这些恒星的核心，氢原子核已经都变成了氦原子核，氦原子核又相互碰撞，正在生成着碳原子核和氧原子核，同时放出大量的能。这类恒星橡心脏一样，一会儿膨胀，一会儿收缩，很有规律。为什么会这样？这也是因为氦在起作用。
　　天文学家还研究了银河系内氢的含量和氦的含量的比值。根据这个比值，有人估算了银河系的年龄有一二百亿年。
　　氦的历史并没有完，人类认识氦的历史也没有完，而我们这本讲氦的故事的小册子，却不得不结束了。
　　要问在发现氦和研究氦的历史上谁的功劳最大呢？是天文学家詹森和罗克耶吗？是化学家拉姆赛和物理学家克鲁克斯吗？是发明分光镜的本生与基尔霍夫吗？当然还要考虑把空气、氢气以及氦气液化的汉普松、卡美林·奥涅斯等人的功劳。
　　很难说。在人类认识氦的历史上，他们都有着自己的贡献。氦仅仅是一种元素，但是发现它和认识它，是许多门科学——物理学、天文学、化学、地质学等的共同胜利，决不是某一个人的力量能够完成的。
　　科学是没有平坦的道路可走的，只有不畏艰险不怕困难的人才能攀登科学的高峰。通过氦的发现的历史，我们看到许多科学家们正是这样勇于实践的人。他们有严谨的科学态度，对于实验中的一点细微现象——一个小气泡，第三位小数的细微差异，也不放过。他们不但爱问为什么，而且千方百计地去寻找答案。他们埋头苦干，几个月、一年、几年坚持不懈，终于由纷乱的谜团中找出头绪，得到了解答。他们永远不满足已有的成绩，而是深人一步、再深入一步地钻研。人们对氦的认识就是这样逐步深人的。到现在为止，谁也不敢这样说：“氦，我们已经完全认识清楚了。”
中编　打开原子的大门
（一）
　　　在万国博览会上
　　1855年，在法国巴黎，轰动世界的万国博览会开幕了。人流涌进了钢架玻璃建造的展览大厅，参观那里展出的世界各国送来的展品。在休息厅里，人们一边品尝世界各国出产的名酒，一边议论展览会中使人惊叹的“粘土中的白银”——金属铝。
　　在博览会的一角有一件展品，大多数参观者都没有注意，却引起好几位科学家的莫大兴趣。这是一个绕满漆包线的大线圈，通上6伏直流电以后，线圈的振子像电铃一样地振动。这时候，从线圈上接出来的两根铁针的针尖之间，发出了紫红色的小闪电。
　　展品的说明上写着：“感应线圈：可以把低的直流电压变成几千伏的高电压。巴黎电学器械厂技师鲁姆柯夫1851年发明。”
　　以前要得到直流的高电压需要把几千个电池串联起来，不仅花钱多，还要为这许多电池盖一间很大的房子。这回可好了，用这个一只手就能拿得动的“小玩意”就能得到高电压了。那些想用高电压做实验的科学家们围着这个“感应线圈”转来转去地看。真是妙极了！他们都准备回去照样装一台。
　　就这样，高庄感应线圈传到了德国。
　　就在这一年，德国的玻璃工人盖斯勒利用托里拆利真空原理发明了一种水银真空泵。他在一根玻璃管的两端封上两根白金丝，再用他的泵把管中的空气抽掉，然后在两根白金丝上通上感应线圈发出来的高压电。管中残余的气体就发出了紫红色的辉光。这就是低压气体放电管。
　　可不要小看这根放电管，它不仅是今天霓虹灯、日光灯、电子管、显像管的老祖宗，而且通过对放电管中放电现象的研究，使人们得出意想不到的许多大发现。由于它是盖斯勒最早制成的，所以人们通常把它叫做盖斯勒管。
　　我们的故事就从这放电管开始。
　　　阴极发出来的射线
　　德国波恩大学的物理学教授普吕克对盖斯勒管非常感兴趣。他和他的学生希托夫一起作了许多研究。
　　他们发现，在管中除了气体在发光以外，正对着阴极（负极）的玻璃壁也在隐隐地发出黄绿色的荧光。用磁铁在管外晃动，这荧光也在晃动，好像能被磁铁吸引似的。为什么会这样？当时他们没有搞清楚。
　　正在这时候，德国的本生和基尔霍夫发明了光谱分析法。普吕克和希托夫又开始研究光谱。他们制作了两头粗中间细的盖斯勒管，在管中充进去一点点纯的气体，例如纯的氧气或纯的氢气，通电以后，不同的气体就会发出不同颜色的光。用分光镜检查，每种气体都发出自己特有的亮线。就这样，气体放电管成了用光谱分析气体的辅助工具。
　　后来，英国科学家拉姆赛在空气中发现了氦、氖、氩、氪、氙，都是用气体放电管来研究的。
　　不同的气体发光的颜色不同，例如氖发红光、氙发蓝光、氦发黄光。后来人们制成了长长的放电管，弯成各种花样，充进不同的气体，通电后就显示出五彩缤纷的光的图案。这就是我们常见的霓虹灯。
　　普吕克在1868年去世了。他的学生希托夫继续研究放电管。他始终想着那玻璃管壁上的荧光。他做了一个圆球状的放电管，在球当中装了一片金属障碍物，而两个电极是垂直安装的。通电后，阴极对面的玻璃壁上不仅发出荧光，还出现了障碍物的影子，好像从阴极放射出某种光线似的。 但这又不像是光线。希托夫用透明的云母做成障碍物装在放电管里，结果也出现了清楚的影子。他又用磁铁靠近放电管去试验，影子移动了位置，说明这种由阴极发出来的射线弯曲了。这些现象显然跟光线不一样，光线能透过云母片，并且不被磁场所弯曲。
　　后来，有一位科学家古德斯坦也做了类似的实验，他发现电场也会使射线偏转。他把这种由阴极发射出来的奇妙射线叫做“阴极射线”。
　　阴极射线是什么？英国科学家克鲁克斯作了非常细致的研究。
　　　克鲁克斯教授
　　克鲁克斯是英国伦敦大学的化学教授，一位善于做实验的科学家。世界上只要有什么重要的新发现被他知道了，他就立刻在自己的实验室里也装起仪器来试一试，继续研究，并且大都有新的创造和发现。
　　德国的本生和基尔霍夫发明了光谱分析后，克鲁克斯在实验室里也立刻装起了分光镜，很快地他就成为英国首屈一指的光谱分析专家。1861年，他用光谱分析法发现了一个新元素——铊。
　　1865年，本生的学生斯普伦发明了一种能抽高真空的水银泵。克鲁克斯立刻在他的实验室中装了一套。他把泵接在气体放电管上，一个新的实验又开始了。他把气体放电管通上高压电，开始抽真空。气体越抽越少，管中气体开始发光了。继续抽下去，一个新奇的现象出现了：阴极附近出现了一段不发光的黑暗区域，原来连续的光柱断开了，仍旧发光的一段光柱也像鱼鳞一样闪烁不定。再抽下去，黑暗的区域越来越长，好像由阴极伸出来一股暗流，把发光区域越压越短，最后，暗区压到阳极上，整个光柱就全部消失了。这时候，放电管已经拍成高真空，没有明亮的气体发光，但是整个管子似乎处在一种闪烁状态。在阴极对面的玻璃壁上，荧光非常清楚。也就是说，管中由阴极发射出强烈的阴极射线。
　　克鲁克斯制成了高真空放电管——阴极射线管，后来人们把这种放电管叫做克鲁克斯管。
　　克鲁克斯详细地研究了阴极射线的许多奇妙性质。
　　　奇妙的实验
　　1879年8月22日，英国科协在伦敦举行科学报告会。许多科学家在开会前几小时就赶到了会场，希望能占上一个前排的好位置。因为那天是有名的克鲁克斯教授作报告，并且还要当众表演各种各样的放电管，来晚了坐在后面怎么能看得清楚呢？
　　克鲁克斯也忙得够呛！他和他的助手一起，几乎把他的实验室的东西都搬来了。讲台上放了好几张桌子，桌子上摆满了各式各样的放电管，还有高压感应线圈、蓄电池等等。
　　在热烈的掌声中，克鲁克斯开始作报告。他详细地介绍了他一年来研究阴极射线的成果。
　　克鲁克斯指出：在盖斯勒管中是低压气体在发光，不论管子是什么形状，在高压电的作用下，充满整个管子的低压气体都会发出明亮的辉光