低溫魔術(shù)師

華興恒

在數(shù)九寒天的時候，寒冷除了讓我們整天瑟瑟發(fā)抖外，還能有什么用處呢？殊不知，低溫有時還會變起魔術(shù)來。不信，我們一起來瞧一下其中的奧秘！

神奇“魔術(shù)”

在絕對零度附近的超低溫區(qū)，你會看到許多光怪陸離的現(xiàn)象。低溫就如同一位神奇的魔術(shù)師一樣，可使物質(zhì)的許多性質(zhì)發(fā)生很大的變化，總是給人以魔幻般的感覺，溫度越低則其魔力越大、魔法也將越神奇。

魔術(shù)一：雞蛋變成熒光蛋，花朵變得像玻璃

在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，當(dāng)溫度降到—190℃時，透明的空氣會變成淺藍色液體，這已屬于超低溫世界。此時，如果你把一枚雞蛋放進去，它會發(fā)出淺藍色的熒光，簡直變成了一個熒光蛋。若把這個雞蛋摔在地上，它還具有極強的彈性，會像皮球一樣立即彈起來。若把鮮艷的花朵放進液態(tài)空氣里，鮮花則會失去原有的纖柔姿態(tài)，變得像玻璃一樣亮光閃閃，非常脆。輕輕一敲還會發(fā)出“叮叮當(dāng)當(dāng)”的響聲呢！若重敲它則會破碎。

此外，橡皮會失去彈性，能像銅鑼那樣敲起來“哐哐”作響，豬肉會放出灼灼的黃光。

寒冷有沒有“盡頭”

說起寒冷，你可知道哪里最嚴寒？

中國北方地區(qū)最低氣溫可低至-52℃。

地球上最冷的地方是南極，有記錄的最低氣溫竟然低至-88.3℃。

在月球背著太陽的陰面，溫度非常低，達到-183℃。

在太陽系的冥王星，它的表面溫度可低到-240℃以下。

那么，寒冷有沒有盡頭呢？回答是：有。

物體的溫度低到“絕對零度”，亦即-273.15℃，才算是盡頭了。英國物理學(xué)家威廉·湯姆生對此做出了科學(xué)的解釋：物體的溫度越低，物體內(nèi)物質(zhì)的大量分子做無規(guī)則運動的速度就越小，當(dāng)溫度低到-273.15℃時，分子熱運動速度將為0，所以這個“絕對零度”是理論上的數(shù)值，它就是低溫的盡頭。絕對零度雖然可以無限接近，但這個溫度是絕對不能達到的。不過，科學(xué)家正在一步一步地向絕對零度逼近。

魔術(shù)二：多數(shù)氣體凍成了固體

在絕對零度附近，氧氣會凍得像白色的砂粒，氫氣會凍得像鋼鐵一樣堅硬，各種氣體都被凍成了固體，惟有氦氣特殊，它還是流動的液體。氦氣在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，當(dāng)溫度下降到—268.95℃時，才變成很輕的透明的液體；當(dāng)溫度下降到—270.98℃時，液態(tài)的氦開始出現(xiàn)絕無僅有的奇妙現(xiàn)象—超流動性！這時的液態(tài)氦可以經(jīng)過很細的管子從容器中流出，且可以不受重力的牽制，以0.3米/秒的速度從杯子里順著杯壁迅速地向上爬，瞬息之間越過杯口，再沿著杯子的外壁爬下來。這是超流體非常獨特的一種表現(xiàn)。

魔術(shù)三：金屬變脆了

金屬在低溫時，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)會變得松散，這種現(xiàn)象被稱為“金屬的冷脆現(xiàn)象”。這種現(xiàn)象的危害性很大，只有銅和一些合金不怕低溫。金屬的這種冷脆現(xiàn)象，雖然有害但也可為人類造福。比如，當(dāng)戰(zhàn)場上布滿了地雷時，雖然探雷器可以找到它們，但是排雷卻是很危險的。若將液態(tài)空氣撒到這些地方，就會使這些地方的溫度急劇下降，地雷中的彈簧就會變脆失去彈性，因而就不會爆炸了。一般粉碎機很難將硬度高、彈性大的材料粉碎，而采用低溫冷脆技術(shù)，不僅可以迅速地把它們粉碎，而且還可以控制其顆粒的大小。

用鉛制成的鈴在常溫下?lián)u起來就像一個悶葫蘆，但在液態(tài)空氣里浸過后，響聲清脆美妙，猶如銀鈴一般悅耳動聽。平常軟而韌的鋁絲在—100℃以下，簡直就像一根鋼絲彈簧一樣堅硬且富有彈性。如果把水銀溫度計插進液態(tài)空氣里，水銀柱立即會凍得像鋼鐵一樣堅硬，就會像釘子一樣可以釘進木板里面去。

運用低溫冷脆技術(shù)來煉鋼，1小時可粉碎30噸廢鋼鐵，這樣既加快了速度，又節(jié)約了能源，同時還減少了浪費，真可謂一舉多得。

超導(dǎo)“魔術(shù)”

低溫魔術(shù)師最出色的表現(xiàn)，當(dāng)屬“超導(dǎo)現(xiàn)象”。1911年，荷蘭科學(xué)家卡麥林·昂內(nèi)斯在低溫實驗中意外地發(fā)現(xiàn)：水銀的電阻率（電阻率是用來表示各種物質(zhì)電阻特性的物理量。某種材料制成的長1米、橫截面積是1平方米的導(dǎo)線在常溫20℃時的電阻，叫做這種材料的電阻率。）并不像預(yù)料的那樣隨溫度的降低逐漸減小，而是當(dāng)溫度降低到—269℃（液氦溫區(qū)）附近時，水銀的電阻忽然消失了，這就是“超導(dǎo)”現(xiàn)象。

接著，人們又做了一個有趣的實驗：用金屬鉛做成一個圓環(huán)，放入接近絕對零度的超低溫環(huán)境中，這時鉛的電阻消失了。人們在環(huán)中通入電流，然后截斷電源，將整套儀器封閉起來。兩年以后，人們把儀器打開，測量環(huán)中的電流強度，發(fā)現(xiàn)幾乎沒有什么變化！原來，“超導(dǎo)環(huán)”的電阻為0，幾乎沒有一點能量損失，所以環(huán)中的電流可以幾年、十幾年、甚至幾十年經(jīng)久不衰。

多年來，人們一直尋找能用來傳輸電流的超導(dǎo)材料，因為目前世界上的電能約有四分之一損耗在輸電線路上。如果使用沒有電阻的超導(dǎo)材料做輸電線路，就實現(xiàn)了“無損耗輸電”，實際上等于增加了發(fā)電量。在世界能源日趨緊張的今天，這可是一筆非常可觀的財富啊！

最近，科學(xué)家制造出實用的“超導(dǎo)電纜”，這是利用一種合金氧化物（釔鋇銅氧）制成幾毫米的帶子，纏繞在裝有流動液氮的管子上，再加上幾層絕熱層，一根“超導(dǎo)電纜”就制成了。不過，價格昂貴。

當(dāng)前，低溫超導(dǎo)技術(shù)實際應(yīng)用為“超導(dǎo)磁體”，把超導(dǎo)金屬絲繞成線圈，降至超低溫以后，就制成了“超導(dǎo)磁體”。超導(dǎo)磁體沒有電阻，因而也就沒有熱損耗，很容易產(chǎn)生強大的磁場，非常節(jié)省電力，5萬高斯的強磁場只需幾百瓦的電能。“超導(dǎo)磁體”的一大貢獻，是使磁懸浮列車成為了現(xiàn)實。1971年，德國制成了世界第一列磁懸浮列車，速度高達500千米/時。

冷藏“魔術(shù)”

科學(xué)家曾做過一個實驗：將金魚迅速凍僵，使其變得硬如冰塊，然后放入水中，金魚就會慢慢蘇醒。這個實驗生動地說明了“低溫魔術(shù)師”還能使“生命冷藏”成為可能。不過，必須得“速凍”金魚才能復(fù)活，如果將金魚慢慢地降溫，最后也降到超低溫，金魚就不能復(fù)活了。這是為什么呢？原來，當(dāng)慢慢降低溫度時，動物細胞中的水分會結(jié)冰，而結(jié)冰時體積會膨脹，使細胞膜破裂而死亡。可是當(dāng)“速凍”到超低溫時，細胞中的水分還沒有來得及膨脹，細胞沒有被破壞，只是停止了活動，不再進行新陳代謝，一旦溫度上升，生命就可以復(fù)活。目前，科學(xué)家正在加緊探索其中的奧秘，以便尋找一種可以延長人類壽命的新途徑！

1967年1月，美國物理學(xué)家詹姆斯·貝德福發(fā)現(xiàn)自己身患癌癥，他請醫(yī)生為自己做了“速凍冷藏”手術(shù)。這個史無前例的手術(shù)長達8個小時，醫(yī)生將他的身體進行特殊處理，將其體溫迅速降至—196℃的超低溫，然后裝進一個合金鋼的器具中，再放進一座“冰墓”中，這種處置方式被稱為“冷凍懸停”，冰墓內(nèi)的溫度保持在—200℃。

現(xiàn)在，國外已經(jīng)建有幾座這樣的“冰墓”，有幾十個“速凍冷藏人”停留著，他們將度過一百年甚至幾百年，期望在醫(yī)學(xué)發(fā)達可以根治自己的疾病時復(fù)蘇過來，治愈后再繼續(xù)生活呢！

低溫魔術(shù)師威力無比，還有很多秘密沒有揭開，我們要充分利用它的魔力，更好地為人類服務(wù)！