物理学与物理学家们(9)——低温下的奇迹? ???????????????????
——凝聚态物理的发展?
1912年德国的劳厄发现了X射线在晶体上的衍射，这不光在固体物理发展史上的一个里程碑，而且在人类的发展历程中都值得大书一笔。因为人类自此可以通过衍射的花纹观察到微观物质的结构，在1953年英国的生化学家克里克和沃森通过X射线的衍射推导出著名的DNA双螺旋结构，揭开了生物的遗传之谜。
紧接着英国物理学家布拉格，汤姆逊的学生，制出了世界上第一台X射线谱仪，一大批优秀的青年物理学家聚在他门下，包括曾经帮助玻尔验证旧量子论的莫塞莱，他们通过X射线探知了各种复杂的结构，并且整理出一成套规范的操作流程，为此布拉格获得1915年的诺贝尔物理奖。
当30年代末卢瑟福谢世之后，布拉格就接任了卡文迪许实验室主任，这是一个倍受注目的席位。前任卢瑟福曾经率领着实验室中的年青人在核物理的研究上取得过突破性进展，当时在世界上都是声名赫赫。但布拉格一旦接手，他却把工作重心转移到固体物理中。很多人对这般轻易地放弃核物理研究的前沿阵地感到不可理解，布拉格微笑地向他们解释道，在核物理上我们英国人已经教会别人怎么做了，接下去也该干些别的了。?
????? 他还大胆支持一些边缘物理学的研究，比如借助X光对蛋白质和DNA等生物大分子结构的探测，利用战后英国空军废弃的雷达改造成射电望远镜，这都是后来获得诺贝尔奖的课题。
一些人对研究所不再搞核物理与粒子物理大失所望，但布拉格无疑是极有远见的人物，英国维多利亚时代的全盛时的风光已经过去，现如今一步步在走下坡路，在需要大笔资金投注的高能物理上英国是无法与经济发达的美国竞争的，倒不如利用手中的设备另外开辟一些新的领域。
在布拉格的卓越领导下，他们开展了广义晶体学，电子晶格成像技术，扫描显微镜等研究，并为今天的如日中天的材料科学的发展奠定了基础。? ???
凝聚态物理的另一个源头就是低温物理。早在1823年，著名的实验物理学家法拉第在一次氯气实验中就偶然发现密封的试管壁上出现暗绿色的斑点，他试图把试管拔下来，结果发生了爆炸，双眼都被炸伤。但他也猛然省悟到那绿色的斑点一定就是液化的氯气，只要加大压强，任何气体都会液化的，而液化的温度通常是极低的，这为人类制造低温创造了条件。
到1845年的时候，法拉第就已经几乎全部液化了所有的液体，并且制造出一系列低温库，最低温度达到过-110c，但奇怪的是有六种气体始终液化不了，它们是氧气，氮气，氢气，一氧化碳，二氧化氮和甲烷。]
法拉第之后，人们完善了各项低温设备，并且采取逐级降温和定压气体膨胀的方法把这最后六种气体也得以液化。1895年英国的化学家从矿石中分离出一种新元素氦气，如果能把它液化必然又能使温度更加接近绝对零度。
当在荷兰莱顿大学物理实验室担任主任的昂纳斯听到这个消息时，他满有理由相信这个能液化氦气的第一人一定是自己。?
? ???从1882年昂纳斯刚接手实验室的那一天起，就决定把把实验室的全部研究方向确定为低温物理。经他十多年的苦心经营之后，该实验室已经在低温方面已经是首屈一指。而他本人也是公认的低温物理的权威。?
昂纳斯也是历史上明了如何创立现代意义上的实验室的第一人。很早他就在莱顿创立了一所技工学校，专门培养仪器制造工人和玻璃吹制工人，他们都为低温实验室的发展作出过巨大的贡献。实验还有一个困难就是氦气太贵，而昂纳斯颇有生意人那种精明的头脑，他通过兄弟的私人关系，直接从矿场买到廉价而纯净的氦，单这一点来说，其他实验室都是望尘莫及。
条件如此之好，但这一努力下来也是直到1908年7月10日晚上9点才获成功。世界上最难液化的氦气终于俯首称臣，获得的低温也达到创记录的4K(-269)。昂纳斯终于获得了当之无愧的“绝对零度”先生的称号，1913年他凭此获得诺贝尔物理奖。
随着低温的获得，昂纳斯发现了一些不可思议的现象。?
? 我们知道，一般金属的电阻都会随着温度的降低而减小，因为金属的导电性全部是由其中的自由电子带来的，在一般的条件下，自由电子会朝各个方向运动，从而产生电阻。温度降低之后，这些电子被“稳固”住一些，自然就会规矩多了，电阻也会小了许多。 ?当时关于低温电阻流行的说法是当温度最终接近0K时，电子就会完全冻结在金属上，再也不能担负传递电流的任务，从而电阻就会变成无穷大。这种想法是极合逻辑的，但是这不过是经典物理的延伸，考虑到量子效应的话就远非如此了。?
昂纳斯的初衷是想找到一个温度的临界点，过该点之后，电阻将会急剧攀升，这也是很有意义的事情。谁知道温度降低之后，电阻不但迟迟不见回升，临界点倒是找到了，但过了以后电阻陡然下降。?
为了确认超导态下的金属电阻究竟小到什么程度，昂纳斯设计了一个巧妙的实验，他降低温度，把一个闭合的铝制线圈置于超导态，然后撤去磁场，观察产生的感生电流。结果几个小时下去，未见电流有丝毫衰减的迹象，别说几个小时，只怕就算再过几百万年也未必衰减得完。
昂纳斯在论文中这样惊讶地记述道：“在3K附近，金属的电阻就降低到百万分之三欧姆以下，这几乎就是0，至少找不到和0的差异。”这也是人类第一次观察到著名的超导电性。?
一下子很多人的注意力都被吸引到超导电性方面来了，这是一项极有应用前景的课题。谁都知道，全球每年单是耗损在导线电阻上的能量就是天文数字，如果常温下的导线是超导体的话，这些能耗就会减小到零，而且会大大增加各种材料的使用寿命，当真是前途不可限量。
但是常温下的超导材料，即使在今天还是一个遥远的梦想。当时莱顿实验室的工作人员拼尽全力，找到的最高超导温度也不过是10K。?
具有高临界温度的超导材料不能单凭实验就能解决的，因为超导电性的机理尚不明晓。当时的量子力学还未出世，人们怎么也想象不到，超导现象就是一种宏观的量子效应。
? ????一直到1933年，长期苦无进展的超导物理才爆出另一个惊人的发现，低温下的超导体是具有完全抗磁性的，这是著名的迈斯纳效应。
这么多年以来人们只是被超导体的导电性所吸引，居然没人注意到超导体的磁性，也算是奇事一桩。仿佛一卷画图，人们仅掀开一角，就