让“超流体”走近生活，本文主要内容关键词为：流体论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在茫茫宇宙中，位于元素周期表上第二位的氦，其丰度仅在氢之下，而高于其他所有元素.不过地球上例外，氦的含量比较少，它属于化学性质不活泼的惰性气体行列.近一个世纪以来，由于科学的进步和发展，氦元素的许多奇妙性质突显出来，使科学家大开眼界，同时使处在科研前沿的氦元素，成为最受人关注的研究课题之一.
量子喷泉
氦的原子结构简单，其原子核由2个中子和2个质子构成，核外有2个电子，其分子表达式为He，所以通常称作氦－4.以区别于它的同位素，原子核中只有一个中子的氦－3.在神奇的科学圣殿，氦气是最后一个被液化的气体，液化时的温度只比绝对零度高几度.在所有物质中，只有氦最为特殊，它在常压下只有气、液两种状态.在接近绝对零度的超低温，液态的氦仍然不会凝固，除非施加足够大的外压；在高深的科学圣殿，科学家最先在超低温流体氦中，发现了金属汞的“超导现象”，从而开辟出一个全新的、前景十分广阔的科研及应用领域.已在上海市建成的磁悬浮列车，就离不开功率强大的超导体磁铁支持；在肃穆的科学殿堂，科学家还是在液氦身上，第一次看见了可与“超导”媲美的“超流”现象.处在超流状态的液氦，能轻松流过用玻璃片制成的、仅有0.5微米宽的狭缝，从而证明超流体没有粘滞性、没有摩擦的重要性质.在超流状态下的液氦，会顺着无缝隙玻璃或金属容器的“墙壁”外爬，会自发地产生虹吸现象，自发地向低处流.把盛有超流体液氦的容器用毛细管连接起来后，加热其中一个容器，液氦将自动流向被加热的容器.若将被加热容器顶部烧制成细嘴状，液氦将马上沿着容器细嘴喷射出去，形成既罕见又壮观的“量子喷泉”……当然所有这些令人眼花缭乱的奇妙性质，都是液氦在－169℃以下的超低温状态下创造出来的.
量子哨声
当今世界，也只有少数大学、研究所的低温实验室才有条件产生并保存这样的超低温.这些苛刻条件，不仅限制了人们对超流现象的研究探索，使超流现象的研究只能在高深的科学殿堂内进行.同时也使超流现象的应用，不能像“超导”那样蓬勃发展.1997年，美国加州大学低温物理学家理查德-帕卡德研究小组，在挤压超流体氦－3、使其穿过单层有孔薄膜时，意外地听到处在超流状态下的氦－3，发出了像吹口哨那样的“量子哨声”，在场的科学家无不欢欣鼓舞.科学家意识到，超流体氦－3因发生振荡而吹响的口哨声，极可能是氦－3贴向普通百姓生活的开始.
让我们再看看另外一个与主题有关的话题.像太阳系所有天体一样，地球不仅围绕太阳作周期性公转，公转周期为一年.而且还绕地轴作周期性自转.自转一周为一天，也就是24小时.由于潮汐运动、地震、海潮、台风、海平面及冰川变化等诸多因素影响，地球每自转一周，都存在有零点零几秒甚至更微小的误差，这种微小误差对人的生活虽无影响，但是与空间科学技术的关系密切.如何方便快捷地跟踪监测地球自转速率的微小差异，是科学发展的需要.在超流体氦－3吹响的“量子哨音”启迪下，理查德-帕卡德小组设计出一种灵敏度极高的陀螺仪.他们在这种陀螺仪环形容器的里外两壁分别布置好有孔薄膜，并用静电压力将无摩擦的超流体氦－3挤压过去，这时奇迹真的再现：氦－3不是像正常流体那样，顺着挤压方向流过有孔薄膜，而是以振荡方式流动，从而发出尖锐的口哨声.用这种无摩擦的超流体陀螺仪测量地球自转速率，不论地球自转快慢如何变化，它都会以振荡方式产生或强或弱的哨音，及时表示这种变化，以实现随时跟踪测量地球自转速率之目的.
这一成功，对超流体氦－3走出高深的科学殿堂，走进寻常百姓的生活，是一个良好开端.帕卡德等科学家乐观地预言，要不了多久，超流体液氦的“哨音”，会在太空旅行的宇航员耳旁响起.因为用液氦制成的陀螺仪，会遵照科学家的教导，忠于职守.从而使得在宇宙空间旅行的人造航天器，哪怕有一点越轨行动，都会及时得到提醒纠正！