超導現象的發現

1911年，從著名的萊頓大學低溫實驗室里傳出了一個驚人的消息：水銀在零下269攝氏度的條件下，它的電阻消失了。

過去，人們從未想到過導體的電阻可以變得一點也沒有。電阻可以說是一種同時具有「優」「缺」點的性能。我們知道白熾燈能亮是由於燈絲有電阻，電爐能燒飯也得歸功於爐絲的電阻。但是，在輸電線上，在電動機里，在電子器件中，電阻使電能白白地消耗，電阻越大，電能消耗也越大，在這種情況下，我們希望電阻越小越好，最好是沒有，能讓電阻消失，這對電氣工程來說，真是一個大喜訊。

發現這個現象的是荷蘭物理學家昂納斯(Kamerlingh-Onnes,Heike,1853~1926)。昂納斯領導的實驗室是世界上「最冷的地方」，雖然萊頓城裡鮮花常開，但是實驗室里製造出來的低溫，比南極或北極的最低溫度（-88℃）還要低幾倍。

低溫世界是一個魔術般的世界，把一束鮮花放在液態氮中一浸，拿出來向地上一摔，鮮花就會像玻璃一樣破碎；把一隻橡皮球放在液態氮里一浸，拿出來以後， 能像鈴鐺一樣敲響。水銀在低溫下凍得比鐵還硬，可以用鎚子把它釘在牆上；在液氮中凍硬的麵包，在漆黑的房間里竟能觀察到它發出天藍色的光輝。

昂納斯簡直被這童話般的世界迷住了。他決心獲得更低的溫度。當時，科學家已經能把除了氦氣以外的氣體全部都變為液態。利用液態氫，已獲得了-253℃ 的低溫。但是，要使氦氣變成液態困難還很大。例如在液體氦的溫度下，連空氣都會變成固體。如果不小心與空氣接觸，空氣便會立刻在液體氦的表面上結成一層堅硬的蓋子。但是昂納斯是一位出色的實驗專家，這一點困難是嚇不倒他的。

昂納斯出身在一個書香之家，叔叔伯伯都是知名的學者，父母也是博學之士。昂納斯從小就表現出對於數學、物理的天分。他不僅喜歡讀書，把家中豐富的藏書讀個遍，還喜歡動手實驗。

昂納斯有一次做實驗時，化學藥品引燃了周圍的織物，等他發現時，火勢已不可控制，火借風勢，剎時間半座樓就被燒毀了。他被嚇壞了，逃到野外，在灌木叢中躲了一夜。

救過火以後，父母親才發現昂納斯丟了。於是又連夜尋找直到次日的凌晨。看到縮成一團的小昂納斯，又冷又害怕，父親非常心疼，他一把抱起兒子說，「我的孩子，別害怕，為了研究科學，你就是把自家的房子全拆了，把田地全毀了，我也不會埋怨你的。」父母的教育對昂納斯產生了極大的影響。

昂納斯的成就還要感謝兩位老師的精心培養。18歲的昂納斯進入德國海德堡大學學習，深受著名化學家本生（Robert Wilhelm Bunsen,1811~1899）和物理學家基爾霍夫(Gustav Robert Kirchhoff，1824~1887)的器重。在兩位導師的指導下，他養成了鍥而不捨、精益求精的治學態度，很快就獲得博士學位。29歲就擔任萊頓大學物理學主任教授，並著手在該校建立一個低溫實驗室。

提起科研，提起實驗室，在有些人的心目中總是明亮的屋子，輕鬆的工作，只要按一下電鈕就可以了。實際上，低溫實驗室簡直像一個車間，實驗室里充滿了管道， 還有隆隆作響的真空泵。因為低溫不是一下子就能獲得的。必須沿著溫度的台階一步一步向下走，溫度越低就越困難。昂納斯先用液化氯甲烷達到-90℃，用乙烯達到-145℃，用氧氣達到-183℃，用氫氣達到-253℃。終於在1908年成功地實現了最後一種「永久氣體」——氦氣的液化，得到了-269℃的低溫。在這以後，他用液氦抽真空的方法，得到-272℃。

這個溫度屬於超低溫，當時世界上只有萊頓大學的低溫實驗室可以得到這麼低的溫度。昂納斯和他的同伴在這得天獨厚的條件下進行極低溫度下的各種現象的研究。他們發現水銀、鉛、錫一般降溫到該物質的特性轉變點以下時，電阻會突然消失，變成「超導電性」物體。

這就是說，在一個超導線圈中一旦產生了電流就會周而復始地流下去。因為電阻已經消失，電流不會在流動中衰減，昂納斯把一個鉛制的線圈放在液體氦中，鉛圈旁放一塊磁鐵，突然把磁鐵撤走，根據法拉第發現的電磁感應，鉛圈內便產生了感應電流。

果然，在低溫的條件下，電流不斷地沿著鉛圈轉起來，就像一匹不知疲倦的馬一樣。1954年3月16日的一次類似實驗，電流持續了長達兩年半的時間，一直到1956年9月5日才由於液態氦供應不上而終止。理論計算表明，如果保持這種低溫條件，電流就是流10萬年也不會衰減。

這種現象物理學稱為超導現象。1913年，昂納斯因為這項重大的發現獲諾貝爾獎。昂納斯之所以能獲得這種殊榮，與他的治學態度有關。他在總結自己一生探索經驗時說：「只要一養成做學問的習慣，那就跟一日三餐那樣，到時不吃不喝，就會感到饑渴難忍。有了做學問的習慣，還要牢記一點，那就是專和精。跟整個知識相比，個人所掌握的實在太渺小了。我認為，人可以在專和精中求廣博；如果想懂得一切，那顯然是不切實際的無稽之談。」

昂納斯的這一番話是值得人們深思的。他的一生也確實是這樣做的。在逝世的前兩年，他已是71歲的老人，仍然經常通宵達旦地工作，直到他1926年逝世之日。

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