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P·L·卡皮察
关于液氦的超流动性
1943 年 9 月，即发现超流体凝胶 5 年后，彼得·列昂尼多维奇·卡皮查 (Pyotr Leonidovich Kapitsa) 院士在苏联科学院全体会议上宣读了这份报告。在报告的最后，这位科学家谈到了实验者和这一现象的理论研究面临的一些问题。这些问题现已得到解决。实验证实了类似声波（第二声）的超流凝胶温度波的存在；对超流凝胶临界流速的研究发现了一种令人惊奇的现象——宏观量子涡旋。
液体凝胶及其性质的研究属于最低温度物理领域。这是他们努力研究极端条件下的自旋现象的物理学领域之一。当我们在可接受的极端条件下研究自然时，例如在极强的磁场、高压、高电压等下，以及在接近绝对零的极冷区域，我们最有可能发现新的有趣现象。在这里，我们还可以希望发现新的现象，这些环境的特性在正常条件下要么难以观察，要么根本没有被注意到。在这方面，绝对零以上的温度区域特别有趣。过去十年的工作清楚地证实了这一点。
温标的绝对零是多少？绝对零的最新定义是273.13°C。众所周知，绝对零
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改变液体凝胶的许多物理特性。液体凝胶的新状态首先由 Kamerlingh Onnes 发现，Keesom 开始研究，结果非常有趣。
Keesom 发现凝胶 II 在这种状态下具有更大的导热性。在毛细管中研究发现，它的导热率比导热性最强的金属铜或银的导热率高出很多倍。这就是为什么 Keez 将液体凝胶 II 称为超导物质。我在稍微修改的条件下重复了 Keezom 的实验，结果获得了更大的导热率。
试图根据现代热导率观点来阐明实验数据，揭示了理论与实验之间的深刻矛盾。关于导热系数相当复杂的理论观点我不会详细描述，因为它们主要是德拜给出的。我们可以将热导率的物理图想象如下：任何物体在任何一点的温度升高都会增加该物质分子振动运动的平均速度；与此同时，均衡过程立即开始：“更热”，即更兴奋，分子影响连接分子并使它们运动。这种速度逐次均衡的过程，会从受热的地方越来越远地扩散开来，也就是发生身体扩散的过程，我们称之为导热性。基于这些热导率观点进行的大量详细分析表明，对于自然界中的每个物体，每单位时间可以通过它进行测试的物体数量是有限的。事实证明，我们在液体凝胶 II 的最新实验中发现的高导热率也无法用这些观点来解释。我们可以通过放弃科学上牢固确立的导热机制的基本观点来寻找解决这一矛盾的方法，或者我们必须承认凝胶II中的导热现象归因于某种其他机制。
众所周知，热量不仅可以通过所描述的机制传递，因为它分布在固体中，而且正如我们假设的那样，分布在狭窄毛细管中的液体凝胶中。热量也可以通过所谓的对流在液体和气体中传递。例如，空气中的对流在家里是众所周知的；当你把手放在温暖的暖气片上时，你已经听过很多次了。如果手与散热器保持相同的距离，但位于下方，则手也根本感觉不到热量，因为没有上升的热空气流通过对流向上携带热量。如果从导热物理机制的角度无法解释液体凝胶中的强烈传热，那么我想也许这里正在发生的正是对流传热。为此，必须假设液体凝胶 II 中极易产生液体流动，这是由于凝胶 II 具有极高的传热能力。计算表明，在液体凝胶中传递热量的这种强度只能通过必须轻松地在液体中流动的对流来实现。因此，通过类比超导，我假设超低温下的凝胶II是一种流动性极强的液体，也就是说，也是一种不具有流动性的液体。
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粘度*)。剩下的就是通过实验来测试这一点。
观察低粘度，尤其是在低温下，是一项艰巨的实验任务。有必要找到一种特殊的方法来测量它。当找到并开发出必要的方法时，观察本身并没有花费太多时间，并且表明液体凝胶的粘度确实小得几乎可以忽略不计。事实证明，这种液体凝胶的流动性是水的十亿倍以上。这样的流动介质是很难想象的，但给定的数字并不表示粘度的极限，而仅表示我们测量的灵敏度的极限。我们还没有更灵敏的方法。因此，我认为有充分的理由相信液体凝胶没有粘度；我称之为超流。起初，它遇到了很好的机会。他们在我的实验中寻找方法、测量等方面的实验错误。因此，液体凝胶中超流性的发现已经得到了各方的讨论，现在，我认为，凝胶II中超流态的存在可以被认为是公认的。
当这种现象最初形成时，我们认为凝胶 II 的超流动性足以解释根据我刚刚为您绘制的对流存在的图片，在液体凝胶中观察到的大导热率。但事实证明，事情比我们最初想象的要有趣和复杂得多。
我们对这个问题的看法如何进一步发展的故事存在一些困难。我试图告诉你，我们接触到了哪些矛盾，我们的观点是如何变化的，我们是如何逐渐形成像这样的想法的。
*）也就是说，按照他的理论，训练时不会有能量消耗。 （编者注）。
如果它们的呈现与真实实验没有联系，那就是不协调的虚构。
如果我们从普通机械概念的角度来看，它完全全面地描述了普通物质在普通条件下的行为，那么事实证明，正如经验所示，超流凝胶不能像对流变化所需的那样强烈地传递热量。我们正在解决寻找一种机制的困难，该机制可以通过对流引起凝胶必要的快速流动。在通过对流进行的身体转移的一般机制中，我们将介质的运动归因于这样一个事实：较热的液体或气体的密度会有所降低，因此它倾向于向上，就好像漂浮在较稠密的介质中一样，而较冷、较稠密的介质则倾向于向下，“嘲讽”。混合发生，非常重要的是引起运动的原因是重力。但计算表明，凝胶 II 中的这种力不足以引起实验中观察到的如此大的导热率。这又让这个现象变得不可理解。有必要寻找其他一些新的机制来解释它。许多批发商终于找到了一种全新的液体凝胶 II 运动机制。
事实证明，在温度的影响下，液体凝胶II中产生了非常强的电流，在一定程度上填充了对流。在这种倾向的影响下，液体开始移动，但这种移动是一种特殊的移动，是液体凝胶 II 所特有的，在任何其他液体中并且在其他条件下都是未知的。
在尝试解释这款机芯的存在之前，我们先来了解一下它的特点。让我们看看它在实验中的样子。我不会详细描述这个实验的技术细节。
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里门塔。你可以从图1所示的图来想象它的主要特点。
锥体 1 浸入超流氦气 II 中。加热线圈2放置在该锥体的宽部中，并且该锥体在一侧3是敞开的。当向加热线圈2施加电流时，在锥体的颈部3附近检测到从中流出的连续的氦流。如果将光翼挂在脖子上，则可以检测甚至改变这种流动。水流压迫着他并使他偏转。
出于演示目的，对这种体验进行了一些更有效和更有益的修改，并进行了拍摄（其中一帧显示在 图 2 上）。 图 3 中显示了拍摄的设备图。玻璃“包”由一个“灯泡”2 组成，配有多个向一侧弯曲的出口管。因此，整个设计重复了众所周知的“segrevo 轮”（当然，只是在外观上；经过检查，很容易确保“包装”没有液体流通）。灯泡放置在针尖 1 的轴上。整个“包”浸入液氦中。位于灯泡中的氦气可以通过透镜3使用一束光束来加热。这束光束落在灯泡内部的黑色部分上，起到加热器的作用，在之前的实验中，该加热器是螺旋形的。从管子——“包”腿，就像之前实验中的锥体颈部一样，当中间容器被加热时，会有连续的水流流出。在流动射流的压力下，“包”的重量发生旋转。
拍摄这段经历很困难。液氦是完全透明的，其中光束的折射率使得很难透过玻璃看到。这并不那么容易…
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然而，应该指出的是，凝胶 II 的这种惊人的热力学特性开辟了一种将热量直接传递回机械功的全新方式，与迄今为止我们所知的自然现象没有任何相似之处。
在我们看来，液体凝胶中热机械的可逆性，或更准确地说是热力学的可逆性，对于进一步研究低温现象来说是极其重要的情况。假设我们有 Capitular 1 (图 4)，有两个处于不同级别的容器。我们在其两端之间产生压力差。我们可以通过将容器 2 放置在头颅末端，将容器 3 放置在其另一端上方来实现此目的。然后，由于凝胶的特殊性质和过程的可逆性，容器 2 和 3 中的毛细管末端将出现温差 ΔT。在低槽 3 中，凝胶 II 将变得更冷。
所以我们有一个降低Gel II温度的方法，就是让Gel II在压力下停滞流动。当然，图4只是这个原理的Techan说明；事实上，这种体验当然更为复杂。
但由于这种现象在最低温度下仍然相反，因此有可能得出非常有趣的实际结论。如果用泵或其他方式将凝胶推入一定体积的碱液的细毛细管中，则可以清楚地了解该体积中的温度。通过多次重复这个操作，我们获得了一种将温度降低到所需温度的方法，从而为我们尽可能接近绝对零开辟了道路。这种方法对于实验者来说很重要，因为仍然没有任何方法（即使是理论上的）可以尽可能接近绝对零。
战争前夕，我们开始在工作中发展这种方法，并朝这个方向进行了多次成功的实验。我用这个方法得到了0.4°温度的概念。当然，使用新方法获得接近绝对零的温度在技术上是一项艰巨的任务，并且很难立即指望其成功。这里有很多技术困难，成功很大程度上取决于实验者的技巧和聪明才智。但所有这些可能性并不意味着对接近绝对零存在任何根本禁止。
不，现在让我们从理论上解释容器受热时液体凝胶流出现象的机理（参见图1）。正如我已经说过的，最初我解释了通过使凝胶以相反方向薄层流动来填充凝胶容器的现象。我还假设该薄层中凝胶 II 的能态与自由凝胶 II 的能态不同，因此可以解释凝胶的高导热率。本来也是可以申请的