作者:张章 来源:中国科学报 发布时间:2013-7-22 8:59:22
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69年的等待
科学家首次拍下沥青滴落瞬间

图片来源:圣三一学院
 
你愿意为看到一块爱尔兰都柏林的柏油碎石滴落液滴,等待多长时间?69年后,全世界持续时间最长的实验室研究之一终于获得进展,科学家利用一台摄像机,首次拍摄下了焦油沥青坠下一滴液滴的画面。
 
这是一个简单、著名且古老的实验。2000年,澳大利亚的科学家错过了沥青上一滴液滴坠落的画面,因为当时摄影机出现了故障。
 
都柏林的沥青滴落实验于1944年在当地的圣三一学院被设立,科学家希望能够借此证明,这种高黏度或低流动性、在室温下似乎是固体的沥青材料,事实上也在流动,即使速度十分缓慢。
 
与澳大利亚昆士兰大学开始自1927年的沥青滴落实验相比,圣三一学院的这个实验更“年轻”,知名度也更低。前者由物理学家Thomas Parnell设立,世界吉尼斯纪录已将其列为上演时间最长的实验室研究。之所以设置该实验,是因为Parnell希望表明,寻常材料也会展现出令人意想不到的性能。在过去的86年间,该实验共产生8滴沥青滴,第9滴已经基本形成,即将落下。
 
漫长等待
 
自1961年开始,John Mainstone就在照看着昆士兰大学的沥青实验,但一直没能看到或拍摄下液体滴落的画面—— 一滴沥青液滴需要7~13年时间才能形成,但是只要1/10秒便会滴落。
 
沥青滴落实验前,科学家需要把沥青样本加热,然后将其倾倒入一个密封的玻璃漏斗内。沥青被给予充足的时间(Parnell的实验是3年)来沉淀和凝固,之后科学家会去除漏斗的密封阀杆。实验开始了。
 
不过,都柏林沥青实验的起源早已淹没于历史尘埃中。它可能部分得到物理学家、诺贝尔奖得主Ernest Walton的推动。当时,Walton是圣三一学院的教授,致力于推动出于教育目标的科学演示。
 
多年以来,开始这项实验的科学家已被人们忘记,并且实验装置被放置于无人看管的架子上,鲜有人问津。在那里,沥青不断地缓慢地流出液滴,架子也落满尘埃。
 
滴落瞬间
 
值得庆幸的是,圣三一学院的物理学家又开始监控这个实验。去年4月,他们为该实验安置了一个网络摄像头,这样一来任何人都能观察实验,并可能成为目击沥青滴落瞬间的第一个活着的人。
 
7月11日下午5时左右,物理学家Shane Bergin及其同事拍摄下了在科学领域最热切期待和令人兴奋的一滴液滴的坠落。“我们都非常兴奋。”Bergin说,“这是一个如此大的话题,有同事渴望调查这种滴落的力学问题,以及沥青的黏性问题。”
 
圣三一学院研究小组通过监视该液滴的演化过程,估计了这种沥青的黏性,结果显示它比蜂蜜黏稠约200万倍,或者是水的黏性的约200亿倍。而液滴的形成速度主要取决于沥青的确切成分,以及温度和震动等环境条件。
 
当被问及该实验的价值时,Bergin的同事Denis Weaire表示:“好奇心是好的科学的关键要素,沥青滴落燃起了那种好奇心。”
 
科学家过去常常认为玻璃也是一种缓慢流动的液体,这部分因为古老教堂的窗玻璃的底部更厚,但是,玻璃现在已经被证明是固体。
 
等待下一滴
 
Mainstone对圣三一学院的研究小组表示祝贺。他已经把一生大部分时间用在等待亲眼看见沥青滴落上。“我一遍又一遍地仔细看过了视频。”他说,“有很多相关事情对像我自己一样长时间等待沥青滴落的观察者而言,确实很有吸引力。”
 
实际上严格来说,沥青滴落实验并不是一个科学发现的温床。在过去的86年时间里,昆士兰大学的实验只产生了一篇科学论文。在此之前,也从来没有人见过一滴沥青是如何滴下的,记录实验过程的摄像头也未能将沥青滴下时的情景记录下来,昆士兰大学实验的最近一滴沥青于2000年11月滴下,但这一滴沥青与上面的沥青块分离时的情景却没人清楚。
 
不过Mainstone表示,该实验的价值不在于对科学的影响,而在于其对历史和文化的影响,它激起了雕刻家、诗人和作家对时间流逝和现代生活节奏的深刻思索,并让人们联想到科学和事物发展的恒久性。“无论世事如何变幻无常,它自遵循着恒常不变的规律。”Mainstone说道。漏斗中还存有大量沥青,未来150年里,它仍将无视世事纷扰,静静地准备着下一滴沥青的滴落。
 
现在,昆士兰大学的沥青滴落实验也能够通过网络摄像头现场观察,并且有来自全世界的大量追随者。下一滴昆士兰沥青滴液预计在今年的某个时刻滴落。(张章
 
《中国科学报》 (2013-07-22 第3版 国际)
 
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