著名的“滴沥青”实验,长达92年无人破解,原因为何?
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沥青滴漏是一项长得让人难以相信的物理实验,1927年由昆士兰大学实施,已持续92年,迄今仍在进行中,旨在向学生证明物质的性质并不像看上去那样简单,其中并没有什么未解之谜 。沥青是生活中十分常用的建材,最常见的是柏油马路,柏油混合细碎的石子成为一种抗冲击性强、耐 雨水腐蚀、耐严寒、耐酸碱的良好路面材质,被广泛应用于马路、高速公路等道路的修建;在建筑中,沥青和某些纤维物质混合,用于隔热保暖或者用于防渗漏 。
在最初,科学家们为了更好地展示沥青的物理性质,于是展开了沥青滴漏实验 。沥青滴漏实验原理很简单,用一个类似于漏斗的结构,漏斗中充入一些沥青,观察沥青是否会像液体一样、在重力的作用下向下流,最初昆士兰大学的教授们发起了这个实验 。1927年,帕内尔将沥青样本放入一个封了口的漏斗内,让沥青在漏洞中沉寂了一段时间,3年后打开了阀门,开始观察沥青的流动,由于沥青具有很强的表面张力,其流动十分缓慢,在短时间内几乎看不出沥青的流动迹象,但是在较长的观测时间内,沥青滴的形态、大小却实实在在地发生着变化,说明沥青是液体,只不过这种液体的密度、表面张力、对管壁的摩擦相较于水十分的巨大 。在92年的观测时间内,通过观测漏斗底部的沥青体积变化,可以很明显地知道沥青确实是液体,且在不断地滴漏,然而由于这是一项十分漫长的实验,而且由于资源的限制,早期不可能对其进行24小时的严密监测,于是沥青滴滴漏的瞬间却一直没有被拍到过,算是一个比较遗憾的事情 。
如今通过科学测量,已经知道沥青的粘度是水的1000亿倍以上,其活动受到对漏斗管壁的摩擦力是水的千亿倍以上,沥青滴漏进行得十分缓慢,而且沥青是一种相态复杂的混合物,不同公司、不同天然矿区的沥青都存在着性质的差异,因此在沥青滴漏实验中表现出的状态也有所不同 。而实验也受环境温度的影响,自92年前实验开始的之初,沥青滴滴下的时间间隔在7年8年不等,但总归是位于10年附近,在实验进行期间由于实验室环境改造的升级,也使得沥青滴漏的时间间隔有一的变化,早期是在室温条件下进行,室温在冬季时明显会降低,由于沥青的熔点、热胀冷缩等物理学现象,沥青的滴漏并无严格的时间间隔,因此很难预测下一滴沥青滴漏下来的准确、完整的时间 。后来为了排除更多的干扰,实验室进行了升级,主要是实验室恒温这一块 。
这个实验并不能说明什么深刻的道理,只是告诉我们物质的性质并不一定像是我们观测到的那样,也就是不要像当然得以主观视角代替物质的客观存在状态 。沥青滴漏的难以预测是因为这种材料本身就是十分复杂的混合物,同一团沥青的不同部位因为元素种类分布肯定存在着差异,这就导致沥青滴漏时会受到很多干扰,沥青滴滴漏所需的时间间隔并不是十分固定,也很难直接目睹沥青滴发育成熟到滴下的完整历程 。
沥青滴漏实验的意义是什么?
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这个实验开始的初衷是托马斯·帕内尔教授为了让他的学生们证明,尽管沥青看上去是固体,但其本质上却是一种黏稠度非常高的液体,而沥青滴落实验也正好证明了沥青本质上是液体 。而且通实验本身也可以记录沥青在常温下滴落的速度和流动的状态 。
但是相机错过了其在2000年的最近的一次的滴落 。每一滴沥青需历经大约10年时间才能滴入漏斗下方的烧杯 。在帕内尔教授之前,贝弗利钟和牛津电子钟这两台科学仪器也曾做过类似实验 。进行沥青滴漏实验的大气条件最初并没有特别控制,因此,沥青粘性会因温度的波动而改变 。
但是,在1988年第7滴沥青滴出来后,研究人员开始给实验场地安装了空调,以调节室内温度 。实验室内温度不再变化,温度的稳定延长了每滴沥青从漏斗中滴出来的时间 。2005年获“搞笑诺贝尔”物理学奖,现今这个实验由约翰·梅恩斯顿教授负责,2005年10月,他与已故的帕内尔教授凭借这个实验获得“搞笑诺贝尔”物理学奖 。
无一人亲眼看见沥青从漏斗中滴出来的镜头的记录到2013年7月11日5点终止 。
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