在宏觀和微觀世界里奇妙無限

資料來源：科技日報

2002年11月21日

本報巴黎11月18日電（記者李紅）法國里昂核物理研究所的物理學 家与奧地利因斯布魯克大學的科學家合作，首次用實驗方式證實負 熱容量的存在：一個由15個左右氫分子組成的原子團，在從液態向 气態轉化的過程中，盡管通過外部對其持續加熱，它卻出現了冷卻 現象。 在宏觀世界中，如果向一個系統提供能量，它便會提高溫度，直到 出現蒸發或熔化等狀態變化；如果蒸發或熔化沒有完全完成，即使 外界繼續加熱，系統溫度也總是保持不變。在這种情況下使系統溫 度提高開氏一度所需要的能量就是熱容量，此時物理學認為，該系 統的熱容量是正的。那么是否存在負熱容量（即系統被加熱其溫度 卻出現降低）呢？70年代，有物理學家假設出現這种現象的可能性 有兩种：一是輻射失去能量、而核心溫度卻越來越高的太空星星； 二是汽化時溫度降低的原子核。 法奧科學家從氫分子團与一個氦原子的高速撞擊的實驗中發現，与 宏觀系統不同，由少數粒子組成的系統在气態和液態這兩种物理狀 態之間沒有明顯界限。當系統處于不穩定的中間狀態時，系統會尋 求快速處于气態的條件，而代价是系統出現“冷卻”現象。在宏觀 世界中，由于分子太多，系統中所有分子不可能驟然冷卻，所以就 出現了液、气兩种狀態共存現象，其中只有很少一部分分子受相位 轉化的影響而處于液／气中間狀態。 科學家認為，該實驗的成功又一次提出了宏觀和微觀世界的界限在 哪里、如何決定一個微觀系統的溫度等問題。