历时最久的实验:沥青滴落实验

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  科学有时就诞生于一些有展示性质的事情,甚至表演。
  为了看到一滴沥青的滴落,两代科学家守着一个装有沥青的漏斗。第一代守候者已经逝去;在他之后,接管了实验的年轻人也从26岁一直守到了78岁。
  这个被称为“史上最长实验室实验”的演示,已进行了86年;它被放置在昆士兰大学物理系的休息室里,迄今还在继续。它的设计者其实只想向学生揭示一个看似简单的结论——在室温下,沥青到底是固体还是液体?
  一滴沥青,9年坠落
  实验的设计人,叫托马斯·帕内尔。1911年,也就是昆士兰大学创办的第二年,他被任命为物理系的一名讲师,之后成了那里的第一位物理教授。
  沥青是一种焦油的衍生物,在室温下,它感觉是一种固体,甚至有些易碎。用锤子一击,它就可能变成碎块;但同时,它又有着极高的黏度。为了教学,展示沥青惊人的性能,也弄清它的物理状态,帕内尔走上了一条漫长的路。
  1927年,帕内尔加热了一份沥青样品,并把它倒入了一个密封的玻璃漏斗中。用了3年的时间,沥青终于沉淀了下来。1930年,漏斗的柄被切开。从那一个日子起,沥青就在缓慢地从漏斗中透出,滴向着下方的烧杯。不过,它是如此缓慢,到1938年的12月,第一滴沥青才落下。
  后来成了理学院院长的帕内尔,直至去世,也只等到了3滴沥青。遗憾的是,每一滴沥青落下的瞬间,他都没有看到。
  帕内尔的实验,并不是在一个特殊的环境中进行的。事实上,它一直被放在系里休息室的一个展示柜中。因此,沥青流下的快慢,也会随着温度的季节性变化而不同。在帕内尔教授之后,26岁的约翰·梅因斯通初到昆士兰大学时,发现了这个让他惊讶的实验。他接手了。
  时至今日,80多年的漫长时间中,也只有8滴沥青落下,平均每9年左右才落下一滴。但迄今为止,还没有一个人真正看到了沥青滴落的一刻。
  事实上,在2000年第8滴沥青下落的时候,已经有了摄像头。“当时,我在海外。不幸的是,在紧要关头,高科技网络摄像机的数字记忆遭受了一场健忘症。”梅因斯通在一篇针对泰晤士报文章的评论中写道。
  两代人耐心,撼动“搞笑诺贝尔”
  毫无疑问,这是一个开创性的科学实验。虽然已有8滴沥青落下,但沥青在室温下究竟是固体还是液体,依然众说纷纭。
  “我认为沥青在常温下还是固体。”中科院理论物理研究所研究员杨金民说。在他看来,这个实验表明,固体沥青的结构不太稳固,在重力的超长期作用下,它的结构出现了塌缩,从而呈现出流体现象。打个比方,这就像是在太长时间受到地球引力之后,它终于“疲劳”了,崩溃了下来。
  梅因斯通一样认为,这个持续了86年的实验,并不能简单地就“沥青是液体,还是固体”给出答案。
  “沥青是固体还是液体的实验是一件有意义的事情。”北京大学物理系教授马伯强说,相对于人们的时间观念,平时所看到的“液体”和“固体”的界限是比较明确的。会流动、会滴落的物质,往往可以在很短的时间内看到。
  但是,在地球长期的演化中,有一些过程可能非常缓慢。在这种情况下,“固体”和“液体”的界限,就不那么容易去做划分了。“如果把时间缩短很多倍,像‘镜头快放’一样,一些物质可能会有类似液体的表现。”
  有一些研究,注定需要不止一代人的付出。美国航空航天局(NASA)就进行了一个长达半个世纪的实验。为了验证爱因斯坦的广义相对论,探测“陀螺效应”,两三代的研究人员努力了几十年,开发出了灵敏的陀螺仪,直至陀螺仪随卫星进入太空、围绕地球运行了17个月。这个始于1963年的计划,到了2011年,才公布了实验结果。在几十年中,第一代的实验人员退休了,就由年轻人接着完成。最终,培养了几代物理学家和一大批科研工作者。
  “这是非常不容易的,等待一个实验结果,要忍受很多年的寂寞,而且这个实验结果也非常不容易再被别人重新检验。”马伯强说,“科学研究,有时是超越了时间、超越了平常认识的。这样的实验本身能刺激一种科学上的思考。科学研究,就是针对未知的世界。”
  因为耐心地坚守着这个始于1927年的实验,约翰·梅因斯通和已故的托马斯·帕内尔在2005年,获得了搞笑诺贝尔奖(Ig Nobel Prize)物理学的得主。梅因斯通出席了10月6日晚间在哈佛大学桑德斯剧场的颁奖典礼。
  网络直播“关键一瞬”,全球人都可拼幸运
  如果你到了澳大利亚的布鲁斯班,去昆士兰大学看看这一个勤勤恳恳工作了80多年的玻璃漏斗、烧杯,还有装在里面的沥青吧。如今,第9滴沥青已经成形,它被认为很有可能会在2013年落下。
  古怪的沥青实验,曾被很多人嘲笑过,一度被置于角落里积灰,现在面向整个昆士兰州公开展出,世界各地的人们还热衷于通过网络摄像头观看。等待一项简单而又漫长的实验结果,越来越多人分享着过程中的乐趣。毫无疑问,沥青还将继续安静地滴下去,持续进行和关注实验的人们,和沥青这个相态复杂的烃类混合物倒颇有几分“神似”。
  “沥青滴落实验”的展出,已经有30多年了。慕名而来的人,无一不是对它充满了好奇。
  “吸引大家对科学的关注,也是一个很有趣的事。平时没怎么想过、没有认真思考过的问题,有人专门研究、而且还做演示!”马伯强说,科学有时就诞生于一些有展示性质的事情,甚至表演。
  在“沥青滴落实验”的网站上,实验的全过程一直在面向全球、“现场直播”着。只是,当你在今天看到它的样子,也许与一天之后看到它、一周之后看到它、一个月之后看到它,没有太大的差别。在实验装置的玻璃罩外,绿色的时钟在告诉你:时间真的在一秒一秒地过去。
  其实如今,计算机建模已成了一种研究方式。对宇宙的演化,科学家们就用了计算机来模拟。“但这毕竟有限,因为真实的世界与计算中的世界,并不是完全一致的。模型不等于是真实的世界;真实世界中有很多丰富的内容,不是靠模拟可以实现的。”马伯强说。
  “如果你有兴趣尝试一下自己的运气,或者至少看一下这个实验,你可以在线看到它。”“沥青滴落实验”的主页上,这样写道。当然,你也可以看到昆士兰大学的学生们涌在展示柜的周围,可见,“它比观看草的生长还让人兴奋!”
  本文记者新浪微博: @猫鼬落索
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