一灘水銀突然之間立了起來，變成了人形的固體，而且化身為窮兇極惡的殺手，它的手臂可以突然變成長劍，他的手指能夠突然變?yōu)樨笆?，并伸縮自如，在別人沒有察覺時(shí)突然致人死命。它還能在必要時(shí)突然化為一灘水銀，迅速漫到其他地方再重新立起來。人類簡直無法對(duì)付它，任何沖擊(木棒或刀槍，甚至子彈)都會(huì)很輕易地?fù)舸┧纳眢w，但恐怖的是，那個(gè)被擊穿的洞很快就彌合了起來，變形殺手的能力絲毫沒有被削弱……

還好，這只是科幻影片中的一幕，現(xiàn)實(shí)中水銀還不會(huì)變形為這么恐怖的固體人。但是近期科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的一種可能存在的固體卻擁有了上述的恐怖能力。

超液體的啟示

超低溫世界的物質(zhì)性質(zhì)總是令人感到出乎意料。許多年來，人們對(duì)于氦在超低溫下形成的液體所表現(xiàn)出的性質(zhì)驚訝不已。就像具有特異能力的人可以叫做“超人”一樣，科學(xué)家稱它為超流體或超液體。

液體只能乖乖地呆在杯子里，超液體卻可以順著杯子壁向上漫延，直到爬出杯子來到外面；液體中攪動(dòng)山一個(gè)漩渦，漩渦逐漸就消失了，超液體中的漩渦卻可以永遠(yuǎn)地在那兒旋著，不減弱也不消失；向液體中插入一根毛細(xì)管，在光照下沒有見到什么現(xiàn)象，而向超液體中插入毛細(xì)管，光照時(shí)卻會(huì)噴出美麗的噴泉；要讓液體穿過細(xì)密的網(wǎng)，必須給它施加一定的壓力，但是超液體很自覺，不費(fèi)吹灰之力就可以透過非常細(xì)密的網(wǎng)。

總之，超液體沒有了一點(diǎn)內(nèi)部摩擦粘滯力，它可以隨心所欲做出許多液體做不到的、令我們大吃一驚的事情。但是超液體又是液體，是液體中的另類，由原本不是超液體的液氦變來，在低溫下產(chǎn)生了特異的性質(zhì)。

科學(xué)家在想，既然液體在低溫下會(huì)存在另類，那么固體也應(yīng)該存在低溫下的另類吧？如果另類固體真的存在，那么它將是什么性質(zhì)呢?

根據(jù)超液體與液體的性質(zhì)對(duì)比，我們可以推測那個(gè)低溫另類固體的性質(zhì)：它應(yīng)該也沒有了內(nèi)部摩擦粘滯力，那么它就會(huì)看起來是固體，其實(shí)它卻可以隨意被一些普通固體穿越。而且它的表面也沒有摩擦力，若想把它放在甲板上拖它是不可能的，若是給它施加一個(gè)速度，它真的會(huì)沿著直線永遠(yuǎn)跑下去，只要這條直線式的跑道存在。我們也按照上面的命名方式，把這種固體叫做超固體。

其實(shí)，早在1969年，俄羅斯理論物理學(xué)家就預(yù)言了這種超固體的存在，他們認(rèn)為極低溫下，超固體晶體中的空隙能夠集中在一起到處流動(dòng)，如果在超固體一側(cè)的空隙中放上固體，那么固體就會(huì)隨著這些空隙一起在超固體中隨意穿梭，甚至直接穿越而過。

科學(xué)家預(yù)測，最有希望出現(xiàn)這種超固體現(xiàn)象的物質(zhì)還應(yīng)該是固體氦，而且溫度應(yīng)該是比液氦的溫度更低。

發(fā)現(xiàn)超固體的蹤跡

于是，科學(xué)家們直接在液氦的基礎(chǔ)上尋找發(fā)現(xiàn)理想中的怪異固體的突破口。

1997年，美國加利福尼亞大學(xué)的科學(xué)家在液氦的基礎(chǔ)上繼續(xù)冷凍加壓，他們用的是一種特殊的氦即氦—4。在冷凍加壓的過程中，他們不斷利用超聲波沖擊固體氦—4，來探測氦—4的性質(zhì)。只見當(dāng)溫度降到只有0．2K時(shí)，超聲波的傳播速度突然升高，并很快速地在固體氦—4中分散開來。研究者分析，當(dāng)聲音穿過固體時(shí)，會(huì)引起原子振動(dòng)，聲音的傳播有一定的速度。但是如果晶體的一部分變成超固體，它將與晶體的剩余部分脫離聯(lián)系，而且它內(nèi)部沒有任何阻礙傳播的原子振動(dòng)產(chǎn)生的阻力，于是超聲波傳播的速度加快了。

他們發(fā)現(xiàn)的反?，F(xiàn)象激起了美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家的興趣，這些科學(xué)家設(shè)計(jì)了更巧妙的辦法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，他們將氦—4充進(jìn)玻璃盤中，這種玻璃盤可以旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中不斷冷卻，并加壓至60多個(gè)大氣壓。當(dāng)溫度降到0．175K時(shí)，這時(shí)的氦—4早已經(jīng)變成了固態(tài)，但是他們卻發(fā)現(xiàn)玻璃盤在這個(gè)溫度點(diǎn)上的旋轉(zhuǎn)突然變得輕松了，也就是玻璃盤的旋轉(zhuǎn)速度突然加快了。只有其中2％的固體氦變成了沒有摩擦力、具有超流動(dòng)性的超固體，才能解釋這種奇怪的現(xiàn)象。因?yàn)槌腆w不會(huì)隨著玻璃盤轉(zhuǎn)動(dòng)，所以看上去98％的固體氦正在從2%的靜止超固體氦中隨意穿過。這樣，玻璃盤就只需要拖著98％的固體轉(zhuǎn)動(dòng)，于是就可以旋轉(zhuǎn)得輕松一些。

這種現(xiàn)象會(huì)不會(huì)是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的呢?為了排除這種可能性，他們?cè)俅斡煤ぁ?代替氦—4進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，因?yàn)楹ぁ?與它的兄弟氦—4不同，在極低溫下不容易形成玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)。果然，他們沒有發(fā)現(xiàn)預(yù)料中的超固體現(xiàn)象，于是科學(xué)家確信，他們所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象就是超固體的性質(zhì)。

會(huì)表演穿墻術(shù)的超固體問世了?！读凝S志異》中經(jīng)常會(huì)有這樣一幕：一個(gè)人向一堵墻走去，只見他很快從墻的一側(cè)沒入了墻，又很快從墻的另一側(cè)顯現(xiàn)了出來。固體也可以毫不猶豫地向超固體走去，很快從超固體的一側(cè)消失，又從另一側(cè)出現(xiàn)?；蛘哌@種超固體出現(xiàn)上述科幻片中的一幕：能夠任意變形，任何物體撞擊它，都會(huì)很容易撞出一個(gè)洞，但是恐怖的是，轉(zhuǎn)眼之間，洞就自動(dòng)彌合了。這種超固體不怕任何傷害。

超固體并不存在?

所有的實(shí)驗(yàn)都證明，在壓強(qiáng)足夠、溫度低于0．2K時(shí)，就會(huì)有1％以上的固體氦表現(xiàn)出異常的性質(zhì)。至此，我們是否可以確定固體氦在一定條件會(huì)變成超固體了?事情的發(fā)展還沒有那么順利，往往總是一波三折。

近期，另外的兩位研究者卻發(fā)現(xiàn)，當(dāng)讓氦—4在固體氦的熔點(diǎn)附近保持幾個(gè)小時(shí)，再慢慢降溫到0．2K以下，就會(huì)只有0．05％的固體氦，甚至沒有固體氦表現(xiàn)出超固體的性質(zhì)。這該如何解釋呢?

我們知道晶體在結(jié)晶的過程中若是緩慢降溫，晶體則排列比較緊密整齊，晶體的顆粒比較大。氦在形成晶體的過程中，其降溫速度也同樣會(huì)影響到晶體的排列，若降溫速度較慢，晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會(huì)比較整齊，內(nèi)部的瑕隙較少。難道晶體內(nèi)部的混亂和瑕隙與超固體的性質(zhì)密切相關(guān)?

研究者又進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，他們基本上是重復(fù)賓夕法尼亞州立大學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程，但是卻是讓氦—4以極快的速度冷凍結(jié)晶，這樣會(huì)在結(jié)晶中引入更多的混亂和瑕隙，結(jié)果正如所預(yù)料的那樣，有20％之多的固體氦表現(xiàn)出了超固體的性質(zhì)。

難道超固體的性質(zhì)真的是低溫下晶體內(nèi)部的混亂造成的嗎?

科學(xué)家在研究過程中發(fā)現(xiàn)，晶體一般在兩種情況下會(huì)表現(xiàn)出超固體的性質(zhì)，一種情況就是晶體中存在許多裂隙。還有一種情況，就是當(dāng)氦—4所形成的晶體非常混亂，像一塊玻璃時(shí)，也會(huì)表現(xiàn)出超流動(dòng)性，這時(shí)的晶體狀態(tài)叫超玻璃態(tài)。

為什么質(zhì)量完美的晶體沒有觀察到無摩擦的超流動(dòng)性，而晶體內(nèi)部有裂隙卻會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?科學(xué)家分析，這是因?yàn)榫w的邊界處有一層液氦膜，就像冰的表面有一層水膜一樣。正是液氦的超流動(dòng)性潤滑了晶體的邊界，讓氦晶體整體體現(xiàn)出一定的超固體的性質(zhì)。第二種情況，當(dāng)氦—4的排列像玻璃時(shí)，這種極低溫下的玻璃很容易變形滑動(dòng)，所以才會(huì)讓晶體呈現(xiàn)出超固體的性質(zhì)。

根據(jù)近期科學(xué)家的這些發(fā)現(xiàn)和分析，前幾年被炒作得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的超固體好像并不存在，它只是晶體內(nèi)部缺陷導(dǎo)致的整體表現(xiàn)而已。1969年，俄羅斯物理學(xué)家的預(yù)言先是被肯定，現(xiàn)在又被否定了。這真有點(diǎn)戲劇性的變化。

繼續(xù)捉拿超固體

但是這場戲還沒有完。超固體現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)者認(rèn)為，雖然固體氦晶體內(nèi)部的混亂和罅隙可以因?yàn)榫w邊界的液氦膜的流動(dòng)而使晶體呈現(xiàn)出超固體現(xiàn)象，但是確實(shí)也應(yīng)該存在很少部分的固體氦轉(zhuǎn)變成了超固體，因?yàn)樗麄儨y量了固體氦在降溫過程中釋放熱量的多少，他們發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤體現(xiàn)出轉(zhuǎn)快的時(shí)侯，氦突然釋放出了更多的熱量，就像水變成冰時(shí)，會(huì)在0℃那一點(diǎn)釋放出大量的熱量。這說明固體氦肯定發(fā)生了變化，應(yīng)該是從一種固體形式變成了另一種固體形式。而混亂的晶體邊界無摩擦的滑動(dòng)卻不會(huì)釋放更多的熱量。

這種放熱現(xiàn)象是否證明了怪異的超固體確實(shí)存在呢?科學(xué)家們的爭論還沒有停息。

（選自《科學(xué)之謎》）