奇异的高压世界 [复制链接]

第8版()
专栏：

奇异的高压世界
顾均正
高压世界是科学天地中的一个比较不为人所知道的世界。固然，去这个世界里探险的科学家，队伍还不大，并且从这个世界我们将要得到哪些收获，目前还很难估计，但是从已经传出的消息看来，我们可以肯定地说，这个世界的探险事业将有未可限量的前途。
在地球上的一切物质，包括人类在内，它们的性状不但要受温度的影响，而且还要受压力的影响。例如高山上气压较低，食物就不容易煮熟；冰在高压之下会融化为水。这些都是大家熟知的事情。不过在地球表面上，压力的变化并不大，我们寻常所碰到的高压也并不高。最深的海底不过十公里，那里的压强只有一千大气压。大炮发射时的压强应该很高了吧，其实也不过三千——四千大气压。于是自然就有人要问：如果压强很高，比如在地球内部，由于外部物质的重压，那里的压强可能高到三百五十万大气压，在这样的状况下，物质又将有怎样的变化呢？这的确是一个很有趣的问题，对于地球物理学家和天体物理学家，更是一个非常有用的问题。
就是这吸引着科学家到高压世界中去探险。
现在实验室里造成的最高压强是四十二万五千大气压，约合地球内部压强的八分之一。这个最高压强是由美国哈佛大学教授布利基曼创造的。布利基曼在高压世界中的探险生活已经继续了五十多年，他在1946年就因高压研究而获得诺贝尔奖金。
四十多万大气压，对于人类的经验来说，已经是一个很高的压强了。它简直等于在我们的小指的指头上压下二百多吨的重物。在这样的高压之下，自然任何物质都会做出一些惊人的事情。可惜的是，我们虽然能够创造出这样高压的记录，但是要在这样高压之下进行一些实验和观察，却有许多技术上的困难。一般的高压实验都是在十万大气压之下进行的。
高压对于物质体积的影响是可以想像的。我们通常认为水、金属和许多其他的物质都是不可以压缩的，但是在高压实验室中，曾经使水的体积缩去了一半，使铁的体积缩去了5％。更可注意的是，金属铯在十万大气压之下竟缩去了60％的体积。
高压不但会改变物质的体积，还会改变物质的凝固点或熔点。如果是一般在凝固时缩小的物质，那末增加压强就等于帮助它凝固，因此它所受的压强增高了，它的凝固点也就相应地增高了。以汞为例，在寻常状况下它是液体，一直要冷到摄氏零下四十度才会凝固。然而我们如果把压强加高到一万二千大气压，那末它在常温时就凝固了。
但是水跟一般的物质不同，它在凝固的时候体积膨胀，密度减小。比如贮在瓶子里的水结了冰，冰会把瓶子胀破；河里的水结了冰，冰都浮在水面。就由于这一特殊的性质，我们如果对快要结冰的水增加压强，那就等于不让它膨胀，不让它凝固，于是它只得把凝固点降低了。可是当压强增加到二千大气压，凝固点降低到摄氏零下二十二度左右的时候，奇异的事情就发生了。这时候所生的冰为了避免高压的威胁，就采取暂时退却的策略，改变了它的凝固时候膨胀的方针，它的体积反而缩小，变成一种在水里会沉的新型的冰。
奇异的事情还不止此。由于这种冰在凝固时候体积缩小，如果我们对它继续增加压强，就等于帮助它凝固，因此它的凝固点又逐渐升高了。但是当它的凝固点升高到一定的温度，它又抓住这个机会，坚决地贯彻它的凝固时候膨胀的方针，变成另一种新型的冰。
这样，由高压所造成的冰就可以有好几种，目前我们已知的冰至少有七种。其中有一种是在四万大气压之下生成的。它的熔点很高，简直等于普通焊锡熔解的温度，因此这种冰虽然叫冰，却热得比沸水还烫。
不仅是水，还有许多其他物质也会给高压造成多种新型的固体。例如普通的樟脑（不是臭丸）就能在不同的压强下生成十一种不同的固体。
事实上物质的每一性状都会受高压的影响而发生奇异的变化。例如实验已经证明：某种液体在一定的高压下，会不经凝固而变得像玻璃一样刚硬；石墨在摄氏三千度时，受十万大气压的压强会变成金刚石；普通非金属的磷在高压之下会变成具有金属性质的黑磷。这些都是高压所创造的奇迹。
不过宇宙间的物质，不论在任何星球上，总是内部的物质多于表面的物质，总是在高压下的物质多于在低压下的物质。这样说来，我们一般认为奇迹的，从整个宇宙看来倒是一种极平常的事情，而我们一般认为极平常的事情，从整个宇宙看来倒变成一种奇迹了。这也见得，要避免我们认识上的片面性，就得不断地扩大我们对世界的接触，不断地从实践中提高我们对真理的认识。