瀝青滴漏實驗:進行了快100年,到底為了證明什麼?

2020-12-15 火星科普

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隨著科技的日新月異,人們的工作和生活越來越便捷。相比古代,人們以馬車代步,現代科技讓我們可以實現以高鐵、飛機來抵達遙遠的目的地,速度遠超於一日千裡。古時人們遇上天災旱澇,常食不果腹,如今通過科技水平使水稻增產,實現禾下乘涼已指日可待。

這些科技的背後,從構思到技術實現,需要經過不斷的反覆實驗,直到一項技術的落地成功,並投入到多個領域中運用。不得不說,科學實驗是科技發展的基石,科學實驗可以大大促進科技的更新和進步。

在眾多科學實驗中,有一項實驗非常特別——瀝青滴漏實驗。這項實驗的特別之處,並不在於它需要複雜的材料或特殊工藝,而是它的耗時非常長,可達幾百年之久。

1927年,澳大利亞昆士蘭大學的物理學家託馬斯帕內爾(Thomas Parnell)教授把瀝青倒進封口的漏鬥裡,在漏鬥下放置一個燒杯。1930年,這個漏鬥的封口被剪開,瀝青開始從封口位置以緩慢速度流出,瀝青滴落後就會掉入燒杯內。

1938年2月,第一滴瀝青從封口滴落。截至目前,共有9滴瀝青從封口滴落,第10滴瀝青要再過4年才會滴落,從實驗伊始至今,已歷經93年的時間。

那麼,帕奈爾教授為什麼要做這項實驗呢?

其實原因很簡單,帕奈爾教授想向學生們證明,一些看似固體的物質其實是一種粘度極高的液體,比如瀝青。

於是,帕奈爾教授就著手開始進行瀝青滴落實驗,記錄瀝青的滴漏時間,由此來測量瀝青在常溫下的流動速率。直至1948年帕奈爾教授去世,這個實驗仍處於進行中,由其他物理學家負責。

瀝青的高粘度使其在常溫下的流動速率十分緩慢,等待一滴瀝青滴落需要幾年,甚至十幾年的時間。這也恰恰證明了,瀝青並不是一種固態物質,而是一種高粘度液體,它的粘度超過水的2000億倍。

負責該實驗的物理學家認為,瀝青並非一種液體。更確切地說,瀝青這種化合物的相態與眾不同,是一種複雜的混合物。

遺憾的是,儘管該實驗歷經幾十年,瀝青已經滴落多次,但從未被人們捕捉到滴落的畫面。另外一項瀝青滴落實驗,成功幫助人們實現了這一目標,也是人類迄今為止唯一一次捕捉到瀝青滴落的畫面。

在1944年,都柏林聖三一學院的物理學家歐內斯特沃爾頓(Ernest Walton)和同事們進行了瀝青滴落實驗。沃爾頓最早把原子以人為方式分裂開來,他也因此獲得了諾貝爾物理學獎。

同樣地,這項瀝青滴落實驗在幾十年來未曾有人監控或錄像。到了2013年,一位物理學家觀察到該項瀝青滴落實驗中的瀝青正處於滴落狀態,他及時用攝像頭捕捉到了這一滴落畫面,並保存下來。瀝青滴落耗時漫長,這個滴落畫面是極其珍貴的。

如今,帕奈爾教授當年的瀝青滴落實驗仍在繼續。根據瀝青滴落的速度估算,該漏鬥內的瀝青若全部滴落還需要上百年時間。

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