在上世紀(jì)初的幾十年里,世界各國(guó)都在尋找氦氣資源,在當(dāng)時(shí)主要是為了充飛艇。但是到了今天,氦不僅用在飛行上,尖端科學(xué)研究,現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù),都離不開氦,而且用的常常是液態(tài)的氦,而不是氣態(tài)的氦。液態(tài)氦把人們引到一個(gè)新的領(lǐng)域——低溫世界。 要冷到什么程度,氦才會(huì)變成液體呢?
英國(guó)物理學(xué)家杜瓦在1898年首先得到了液態(tài)氫。就在同一年,荷蘭的物理學(xué)家卡美林·奧涅斯也得到了液態(tài)氫。液態(tài)氫的沸點(diǎn)是零下253℃,在這樣低的溫度下,其他各種氣體不僅變成液體,而且都變成了固體。只有氦是最后一個(gè)不肯變成液體的氣體??懒帧W涅斯決心把氦氣也變成液體。 1908年7月,卡美林·奧涅斯成功了,氦氣變成了液體。他第一次得到了320立方厘米的液態(tài)氦。 要得到液態(tài)氫,必須先把氫氣壓縮并且冷卻到液態(tài)空氣的溫度,然后讓它膨脹,使溫度進(jìn)一步下降,氫氣就變成了液體。 液態(tài)氦是透明的容易流動(dòng)的液體,就像打開了瓶塞的汽水一樣,不斷飛濺著小氣泡。
液態(tài)氦是一種與眾不同的液體,它在零下269℃就沸騰了。在這樣低的溫度下,氫也變成了固體,千萬不要使液態(tài)氦和空氣接觸,因?yàn)榭諝鈺?huì)立刻在液態(tài)氦的表面上凍結(jié)成一層堅(jiān)硬的蓋子。
多少年來,全世界只有荷蘭卡美林·奧涅斯的實(shí)驗(yàn)室能制造液態(tài)氦。直到1934年,在英國(guó)盧瑟福那里學(xué)習(xí)的前蘇聯(lián)科學(xué)家卡比查發(fā)明了新型的液氦機(jī),每小時(shí)可以制造4升液態(tài)氦。以后,液態(tài)氦才在各國(guó)的實(shí)驗(yàn)室中得到廣泛的研究和應(yīng)用。
在今天,液態(tài)氦在現(xiàn)代技術(shù)上得到了重要的應(yīng)用。例如要接收宇宙飛船發(fā)來的傳真照片或接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)播的電視信號(hào),就必須用液態(tài)氦。接收天線末端的參量放大器要保持在液氦的低溫下,否則就不能收到圖像。 物理學(xué)家不僅僅得到了液態(tài)氦,還得到了固態(tài)氦,他們正在向絕對(duì)零度進(jìn)軍(物理學(xué)把零下273.15℃叫做絕對(duì)零度。這個(gè)溫度標(biāo)叫做絕對(duì)溫標(biāo),用K表示。0K就是-273.15℃,而273.15K就是0℃)。從理論上講,絕對(duì)零度是達(dá)不到的,但是可以不斷接近它。液態(tài)氫的沸點(diǎn)是絕對(duì)溫標(biāo)20.2K,液態(tài)氦的沸點(diǎn)是絕對(duì)溫標(biāo)4.2K。在絕對(duì)溫標(biāo)2.18K的時(shí)候,氦Ⅰ變?yōu)?/span>氦Ⅱ。1935年,利用“絕熱去磁”法,使液態(tài)氦冷到絕對(duì)溫標(biāo)0.0034K;1957年,達(dá)到絕對(duì)溫標(biāo)0.00002K;目前已達(dá)到2.4×10K了。 天文學(xué)家也繼續(xù)研究著太陽元素。太陽上的氫“燃燒”變成了氦,以后的命運(yùn)又如何呢?他們發(fā)現(xiàn)宇宙間有一些比太陽更熾熱的恒星,中心溫度達(dá)到幾億度。在這些恒星的核心,氫原子核已經(jīng)都變成了氦原子核,氦原子核又相互碰撞,正在生成著碳原子核和氧原子核,同時(shí)放出大量的能。這類恒星橡心臟一樣,一會(huì)兒膨脹,一會(huì)兒收縮,很有規(guī)律。為什么會(huì)這樣?這也是因?yàn)楹ぴ谄鹱饔谩?/span> 天文學(xué)家還研究了銀河系內(nèi)氫的含量和氦的含量的比值。根據(jù)這個(gè)比值,有人估算了銀河系的年齡有一二百億年。
氦的歷史并沒有完,人類認(rèn)識(shí)氦的歷史也沒有完,而我們這本講氦的故事的小冊(cè)子,卻不得不結(jié)束了。
要問在發(fā)現(xiàn)氦和研究氦的歷史上誰的功勞最大呢?是天文學(xué)家詹森和羅克耶嗎?是化學(xué)家拉姆賽和物理學(xué)家克魯克斯嗎?是發(fā)明分光鏡的本生與基爾霍夫嗎?當(dāng)然還要考慮把空氣、氫氣以及氦氣液化的漢普松、卡美林·奧涅斯等人的功勞。 很難說。在人類認(rèn)識(shí)氦的歷史上,他們都有著自己的貢獻(xiàn)。氦僅僅是一種元素,但是發(fā)現(xiàn)它和認(rèn)識(shí)它,是許多門科學(xué)——物理學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)等的共同勝利,決不是某一個(gè)人的力量能夠完成的。