發(fā)布時間:2018-11-19 瀏覽量:1942
按物理學(xué)家的觀點,這種納米小氣泡不應(yīng)該存在,但它們偏偏存在;這還不算,它們的壽數(shù)長到足可讓調(diào)查者失去耐性。而且,它們已經(jīng)在許多范疇大顯身手。
從遠(yuǎn)處看,這似乎是一幅田園風(fēng)光:一只小舟悠閑地蕩漾在湖面上,雙槳橫在其上,讓人不由想起“野渡無人舟自橫”的詩句。岸邊,在遮陽篷下,一群游客們正圍著一個大茶壺在繁忙著什么。
但移近點看,工作就沒那么美好了。綠瑩瑩的湖面,惡臭撲鼻,湖里了無活力,而這就是被譽為“中國魚米之鄉(xiāng)”的太湖在2007年前后的景象。因為數(shù)十年毫無顧忌的污水排放,又經(jīng)歷了一場曠日持久的干旱,那時太湖已經(jīng)被很多繁殖的藍(lán)藻所窒息。
那群“游客”其實是來自中國科學(xué)院的科學(xué)家們,為首的名叫潘剛。那個看似大茶壺相同的東西,是一臺機器。那條船并非為游客而備,它經(jīng)過一條軟管與岸邊的機器相連,把機器里發(fā)生的一種充溢泡沫的泥漿朝湖面上拋灑。經(jīng)過這種方法,他們正試圖讓太湖重現(xiàn)活力。
納米氣泡,生存還是破滅?
那充溢泡沫的泥漿有什么魔力,竟能讓太湖妙手回春?
本來在這項實驗中,起核心作用的是一種叫“納米氣泡”的東西。但是說來難以想象,物理學(xué)家至今對這種奇特小氣泡的存在還無法解說哩。
這種小氣泡為何這么奇特?
我們無妨先來看看一個氣泡要保持不破所需的條件。拿肥皂泡來說,它的氣泡壁是一層薄薄的水膜,泡內(nèi)含有空氣,構(gòu)成往外膨脹的氣壓,而氣泡壁又受著外面空氣朝內(nèi)的壓力。當(dāng)氣泡內(nèi)的壓強恰好等于氣泡外的壓強與表面張力所構(gòu)成的壓強之和時,氣泡才干安穩(wěn)存在。但對于暴露在空氣中的肥皂泡,其壁太薄,氣泡內(nèi)的氣體分子很容易透過水膜逃逸出去,造成里面壓強逐步下降了,降到一定程度,再也無法與外面的壓強抗衡,所以氣泡就破了。這種情況下,氣泡可以說是被“壓破”的。
反之,假如里面的壓強過大,氣泡也相同要破。比如一個氣泡從水下升至水表,外部的壓強降低,無法與內(nèi)部的壓強抗衡,所以氣泡也要破裂。這種情況下,氣泡可以說是被“撐破”的。
因為要保持氣泡內(nèi)外受力平衡的條件是如此軟弱,所以一般來說,氣泡的壽數(shù)都很短。小氣泡特別如此。氣泡越小,表面張力就越大,氣泡內(nèi)需求很高的壓強才干與之抗衡。當(dāng)氣泡小到納米量級,所需求抗衡的液體表面張力升到如此之高,以至于氣泡還來不及構(gòu)成果破裂了。所以,按物理學(xué)家的觀點,納米小氣泡永久不會存在。
但有些古怪的是,工作并非如此。1994年,一位瑞士化學(xué)家把兩塊不沾水的資料浸入水中,想測量一下它們表面之間的作用力。當(dāng)讓兩塊資料平行挨近時,排斥力隨著間隔的減小而增加。但是當(dāng)兩者之間的間隔只要幾百個納米時,這個排斥力突然下降了。這個現(xiàn)象當(dāng)時弄得他莫名其妙。
直到幾年前,一位澳大利亞學(xué)者才給出了一個比較合理的解說。他認(rèn)為資料的表面或許散布著很多納米小氣泡,當(dāng)兩表面挨近時,氣泡和氣泡會有兼并的傾向,因而在這一進(jìn)程中會相互招引,這就使得兩塊表面之間的排斥力驟然下降了。經(jīng)過一番計算,這種小氣泡內(nèi)部的壓強高達(dá)100個大氣壓,差不多是水下1千米深場所承受的壓強。
這聽起來幾乎是不或許的,但2001年,在掃描顯微鏡的幫助下,有科學(xué)家在浸入水中的一塊硅片上還真調(diào)查到了一些半球形的納米小氣泡,它們就像蘑菇相同附著在硅片表面。
但沒有人可以解說發(fā)生這種現(xiàn)象的原因。2011年,當(dāng)一位荷蘭科學(xué)用原子力顯微鏡調(diào)查納米氣泡時,發(fā)現(xiàn)了更古怪的現(xiàn)象:因為納米氣泡內(nèi)部驚人的高氣壓,氣體分子會很快逃逸出氣泡壁。但一個納米氣泡里頂多只要幾千個氣體分子,而每秒鐘逸出的氣體分子卻多達(dá)1億個,真是奇哉怪也!而且,以這樣快的速度損失氣體,按理說,納米氣泡應(yīng)該轉(zhuǎn)瞬即逝,但又一次出人意料的是,它們能存在很長時間,你想調(diào)查多久,它們就能存在多久。
這一切奇古怪怪的工作真讓科學(xué)家不知所措。有人只好猜測,或許氣泡內(nèi)的氣體不斷得到補充。但這種解說也很成問題:要給氣壓如此之高的氣泡充氣,需求耗費能量,但能量來自何處?要是沒有能量來源,那就破壞了熱力學(xué)定律。
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