书城传记名人的成功心得
28421600000045

第45章 昂内斯的故事

卡末林?昂内斯(KamerlinghOnnes,1853~1926),低温物理学家,出生在荷兰的格罗宁根。1879年获格罗宁根大学博士学位。1913年,因制成液氦和发现超导现象而获诺贝尔物理学奖。

发现超导现象

某些金属、合金和化合物,在温度降到某一特定温度时,它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象,能够发生超导现象的物质叫做超导体。

今天的人们对于超导现象和超导体已经不再陌生了,然而在差不多一个世纪之前,这还是一个谜。而这个谜在1882年由莱顿大学物理学教授和物理实验室负责——29岁的昂内斯揭开了。

当时物理学这门学科正处在一个转变的时代,人们越来越重视物理实验。昂内斯在担任莱顿大学物理实验室负责人后,就决定把研究低温物理作为科研的主攻方向。他经过20多年的努力,终于研究出了液化氢。2年后,他又成功地液化了氦,为在液氦温度下研究物质的性质创造了条件。

金属的电阻问题是昂内斯的另一个重要研究课题。

当时,对金属的电阻在绝对零度附近的条件下如何变化有不同的说法,昂内斯最初相信,随着温度的降低,金属的电阻在达到一个极小值后,会由于电子凝聚到金属原子上而变成无限大。

后来的实验改变了他的这个想法,转而认为纯铂的电阻应在液氦温度下消失。为了检验他的看法,他选择了汞作为实验对象,因为汞比其他金属容易提纯。

他把汞冷却到-40℃时,亮晶晶的液体汞像“结冰”一样变成了固体。然后,他把汞拉成细丝,并继续降低温度,同时测量不同温度下固体汞的电阻。当他把温度降到绝对零度时,一个奇怪的现象出现了,即汞的电阻突然变成了零。

这个奇怪现象不仅令昂内斯感到意外,而且轰动了物理学界。后来科学家把这个现象叫超导现象,把这种条件下电阻等于零的材料叫超导材料。

寻找更好的超导材料

陆续地,昂内斯和许多科学家又发现了28种超导元素和8000多种超导化合物。

1913年,昂内斯又发现锡和铅也具有和汞一样的超导电性,不纯的汞也具有超导电性。

为了寻找在比较高的温度下具有超导现象的材料,科学家们奋斗了将近60年。在无数人为寻找高温下(相对绝对零度而言的高温)有超导现象的材料时,幸运的贝特诺茨和缪勒在瑞士国际商用公司实验室里发现了一种镧铜钡氧陶瓷材料的超导现象。

此后,美籍华裔学者朱经武、中国物理学家赵忠贤领导的研究小组相继发现了在-175℃和-194.5℃条件下有超导现象的超导材料。

更令人振奋的是,美国和日本等科学家在1991年又发现了球状分子碳60在掺入钾、铯、钕等元素后,也有超导性。有些科学家预料,球状分子碳60掺入金属后,将来有可能在室温下出现超导现象。

这意味着一场新的工业革命和科技革命即将到来,因为没有电阻的材料用途极为广泛:用它做输电线不会损耗电力;用它做发电机可以做得很小;用它制造悬浮列车,可以使时速达到550千米以上;用它做计算机,可使计算机速度提高成千上万倍。

历史意义

1908年7月10日是一个具有历史意义的日子。这一天,昂内斯和他的同事们在精心准备之后,集体攻关,终于使氦液化。它标志着20世纪“大科学”初战告捷。

为了做好这个实验,昂内斯做了大量的准备工作。他先对氦的液化温度作了理论估算,预计是在5~6开;储备了大量的氦气;液氢是自制的;在实验前一天,制备了75升液态空气备用。凌晨五点,20升液态氢已准备好,逐渐灌入氦液化器中。下午一点半,液态氢全部灌进氦液化器后开始令氦气循环。液化器中心的恒温器开始进入从未达到过的低温,这个温度只有靠氦气温度计指示。然而,一直看不到指示器有任何变化。这时液氢已近告罄,仍然没有观察到液氦的迹象。晚上七点半,眼看实验要以失败告终,有一位闻讯前来观看的教授对昂内斯说,会不会是氦温度计本身的氦气也液化了,是不是可以从下面照亮容器,看看究竟如何?昂内斯立即照办。结果使他喜出望外,原来中心恒温器中几乎充满了液体,光的反射使人们看到了液面。这天,他终于获得了伟大的成功。

昂内斯的座右铭

昂内斯十分重视实验物理学中的定量测量。他在就任莱顿实验物理学教授时曾以“定量研究对物理学的意义”为题发表演说,提出每个物理实验室必须以“测量出真知”作为自己的座右铭。