瀝青滴漏實驗(瀝青滴漏實驗的意義)

瀝青滴漏實驗：進行了快100年，到底為了證明什么？

隨著科技的日新月異，人們的工作和生活越來越便捷。相比古代，人們以馬車代步，現(xiàn)代科技讓我們可以實現(xiàn)以高鐵、飛機來抵達遙遠的目的地，速度遠超于一日千里。古時人們遇上天災(zāi)旱澇，常食不果腹，如今通過科技水平使水稻增產(chǎn)，實現(xiàn)禾下乘涼已指日可待。

這些科技的背后，從構(gòu)思到技術(shù)實現(xiàn)，需要經(jīng)過不斷的反復(fù)實驗，直到一項技術(shù)的落地成功，并投入到多個領(lǐng)域中運用。不得不說，科學(xué)實驗是科技發(fā)展的基石，科學(xué)實驗可以大大促進科技的更新和進步。

在眾多科學(xué)實驗中，有一項實驗非常特別——瀝青滴漏實驗。這項實驗的特別之處，并不在于它需要復(fù)雜的材料或特殊工藝，而是它的耗時非常長，可達幾百年之久。

1927年，澳大利亞昆士蘭大學(xué)的物理學(xué)家托馬斯•帕內(nèi)爾（Thomas Parnell）教授把瀝青倒進封口的漏斗里，在漏斗下放置一個燒杯。1930年，這個漏斗的封口被剪開，瀝青開始從封口位置以緩慢速度流出，瀝青滴落后就會掉入燒杯內(nèi)。

1938年2月，第一滴瀝青從封口滴落。截至目前，共有9滴瀝青從封口滴落，第10滴瀝青要再過4年才會滴落，從實驗伊始至今，已歷經(jīng)93年的時間。

那么，帕奈爾教授為什么要做這項實驗?zāi)兀?/p>

其實原因很簡單，帕奈爾教授想向?qū)W生們證明，一些看似固體的物質(zhì)其實是一種粘度極高的液體，比如瀝青。

于是，帕奈爾教授就著手開始進行瀝青滴落實驗，記錄瀝青的滴漏時間，由此來測量瀝青在常溫下的流動速率。直至1948年帕奈爾教授去世，這個實驗仍處于進行中，由其他物理學(xué)家負責(zé)。

瀝青的高粘度使其在常溫下的流動速率十分緩慢，等待一滴瀝青滴落需要幾年，甚至十幾年的時間。這也恰恰證明了，瀝青并不是一種固態(tài)物質(zhì)，而是一種高粘度液體，它的粘度超過水的2000億倍。

負責(zé)該實驗的物理學(xué)家認為，瀝青并非一種液體。更確切地說，瀝青這種化合物的相態(tài)與眾不同，是一種復(fù)雜的混合物。

遺憾的是，盡管該實驗歷經(jīng)幾十年，瀝青已經(jīng)滴落多次，但從未被人們捕捉到滴落的畫面。另外一項瀝青滴落實驗，成功幫助人們實現(xiàn)了這一目標，也是人類迄今為止唯一一次捕捉到瀝青滴落的畫面。

在1944年，都柏林圣三一學(xué)院的物理學(xué)家歐內(nèi)斯特•沃爾頓（Ernest Walton）和同事們進行了瀝青滴落實驗。沃爾頓最早把原子以人為方式分裂開來，他也因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

同樣地，這項瀝青滴落實驗在幾十年來未曾有人監(jiān)控或錄像。到了2013年，一位物理學(xué)家觀察到該項瀝青滴落實驗中的瀝青正處于滴落狀態(tài)，他及時用攝像頭捕捉到了這一滴落畫面，并保存下來。瀝青滴落耗時漫長，這個滴落畫面是極其珍貴的。

如今，帕奈爾教授當年的瀝青滴落實驗仍在繼續(xù)。根據(jù)瀝青滴落的速度估算，該漏斗內(nèi)的瀝青若全部滴落還需要上百年時間。

瀝青滴漏實驗：進行了近百年，熬走了2名教授，究竟想證明什么？

我們?yōu)槭裁匆鰧嶒灒且驗槲覀冇形唇獾碾y題，為了弄懂這些難題讓人類社會得到進步，所以有一些科學(xué)家寧愿付出昂貴的代價，也要將事情的真相探索出來。世界是廣大而無垠的，人類是如此的渺小，所以在我們研究實驗的時候，常常得花費無盡的時間，也許直到你生命的終結(jié)，你也無法得到事情真正的答案。在21世紀就有這樣一個實驗，叫做瀝青滴漏試驗，在這場實驗進行的過程中，期間還熬死了兩位教授。

在說這個實驗之前，我們先來聊一聊別的實驗，先來感受一下科學(xué)家專注于實驗的魅力。我們知道火山爆發(fā)這是一件大事，所以有不少的科學(xué)家為了解決這一個問題，對火山噴發(fā)進行了觀察，在意大利，曾有一位科學(xué)家，在1841年就開始給意大利南部的一座活火山寫觀察記錄，希望能夠找出火山噴發(fā)的原因，為人們減少傷害。

在斯坦福曾經(jīng)經(jīng)歷過這樣一個試驗，了解天才的成長，就選取了1500多名的天才兒童來觀察他們的生活，這一個實驗實行時間為1921年。 而我們今天要具體所講的這一個瀝青滴漏實驗?zāi)兀瑢嶒為_始的時間是1927年，之所以要開展這一項實驗，是因為澳大利亞的博士帕內(nèi)爾教授，他在自己上課的時候想要向同學(xué)們證明瀝青他其實并不是固體，而是一種比較黏合的液體，或者說它有不僅僅只是液體，它還是一種非常復(fù)雜的混合體。

就是為了證明這一個問題，這一位博士就將一些瀝青放在了一個漏斗中，想要借此讓同學(xué)們看清楚這一個瀝青的屬性。 可惜的是因為瀝青的黏性太強，所以在1930年的時候教授才切開了漏斗的底部，希望憑借著漏斗大洞使瀝青落下來。

這一等就是8年，他才看到了第1滴瀝青的滴落，可惜的是因為時間突然，他并沒有拿上攝像機將這歷史性的一幕給記錄下來，為了實驗的真實性，他還得等。到了1947年的時候，第二滴瀝青已經(jīng)開始形成也準備下落了。可沒想到那個時候教授剛巧不在，他只得等第3滴瀝青滴落，可還沒有等到帕內(nèi)爾教授就已經(jīng)逝世了。

隨著這一位教授的離世，他的這一個實驗的關(guān)注度也就下降了，直到1961年才有一位物理學(xué)家來到這一個實驗室，當他來到這一個實驗室時聽聞的這位教授的故事，他想要為這一個教授完成他的實驗。在一九六二年五月的時候。有一滴瀝青滴落就已經(jīng)悄然形成了，可惜這個時候那位物理教授跑去跟女朋友約會了。

這讓教授心痛不已，他下定決心一定要證明一下，于是他推算了一下時間，發(fā)現(xiàn)下一次滴落的時間是八年后，不過好像這一位教授跟這個瀝青的關(guān)系不太好，每當瀝青要滴露的時候，約翰都沒有看見，還有一次更氣人的就是那瀝青就要滴落了，可是約翰剛好背對著它。于是直到2013年約翰去世，他也沒有看到過瀝青的滴落。

之后根據(jù)推測第10滴瀝青滴落的時間應(yīng)該會是在2027年，屆時，我們已經(jīng)準備好了24小時的監(jiān)控，相信也很快就能發(fā)現(xiàn)這一個實驗的真相。可能有很多的人不明白花費這么多大的代價，僅僅是證明瀝青不是液體這一件事情，這又有什么意義了，可是科學(xué)就是這樣，只要有疑慮就需要證明，不管代價是多少。

著名的“滴瀝青”實驗，長達92年無人破解，原因為何？

瀝青滴漏是一項長得讓人難以相信的物理實驗，1927年由昆士蘭大學(xué)實施，已持續(xù)92年，迄今仍在進行中，旨在向?qū)W生證明物質(zhì)的性質(zhì)并不像看上去那樣簡單，其中并沒有什么未解之謎。

瀝青是生活中十分常用的建材，最常見的是柏油馬路，柏油混合細碎的石子成為一種抗沖擊性強、耐 雨水腐蝕、耐嚴寒、耐酸堿的良好路面材質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于馬路、高速公路等道路的修建；在建筑中，瀝青和某些纖維物質(zhì)混合，用于隔熱保暖或者用于防滲漏。

如今科學(xué)家對于瀝青的性質(zhì)十分清楚，盡管在冬季時瀝青路面十分堅硬，但實際上瀝青并不是固體，而是有不同分子量的碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的黑褐色復(fù)雜混合物，是高黏度有機液體的一種，多會以液體或半固體的石油形態(tài)存在。在最初，科學(xué)家們?yōu)榱烁玫卣故緸r青的物理性質(zhì)，于是展開了瀝青滴漏實驗。

瀝青滴漏實驗原理很簡單，用一個類似于漏斗的結(jié)構(gòu)，漏斗中充入一些瀝青，觀察瀝青是否會像液體一樣、在重力的作用下向下流，最初昆士蘭大學(xué)的教授們發(fā)起了這個實驗。

1927年，帕內(nèi)爾將瀝青樣本放入一個封了口的漏斗內(nèi)，讓瀝青在漏洞中沉寂了一段時間，3年后打開了閥門，開始觀察瀝青的流動，由于瀝青具有很強的表面張力，其流動十分緩慢，在短時間內(nèi)幾乎看不出瀝青的流動跡象，但是在較長的觀測時間內(nèi)，瀝青滴的形態(tài)、大小卻實實在在地發(fā)生著變化，說明瀝青是液體，只不過這種液體的密度、表面張力、對管壁的摩擦相較于水十分的巨大。

在92年的觀測時間內(nèi)，通過觀測漏斗底部的瀝青體積變化，可以很明顯地知道瀝青確實是液體，且在不斷地滴漏，然而由于這是一項十分漫長的實驗，而且由于資源的限制，早期不可能對其進行24小時的嚴密監(jiān)測，于是瀝青滴滴漏的瞬間卻一直沒有被拍到過，算是一個比較遺憾的事情。

如今通過科學(xué)測量，已經(jīng)知道瀝青的粘度是水的1000億倍以上，其活動受到對漏斗管壁的摩擦力是水的千億倍以上，瀝青滴漏進行得十分緩慢，而且瀝青是一種相態(tài)復(fù)雜的混合物，不同公司、不同天然礦區(qū)的瀝青都存在著性質(zhì)的差異，因此在瀝青滴漏實驗中表現(xiàn)出的狀態(tài)也有所不同。

而實驗也受環(huán)境溫度的影響，自92年前實驗開始的之初，瀝青滴滴下的時間間隔在7年8年不等，但總歸是位于10年附近，在實驗進行期間由于實驗室環(huán)境改造的升級，也使得瀝青滴漏的時間間隔有一的變化，早期是在室溫條件下進行，室溫在冬季時明顯會降低，由于瀝青的熔點、熱脹冷縮等物理學(xué)現(xiàn)象，瀝青的滴漏并無嚴格的時間間隔，因此很難預(yù)測下一滴瀝青滴漏下來的準確、完整的時間。后來為了排除更多的干擾，實驗室進行了升級，主要是實驗室恒溫這一塊。

這個實驗并不能說明什么深刻的道理，只是告訴我們物質(zhì)的性質(zhì)并不一定像是我們觀測到的那樣，也就是不要像當然得以主觀視角代替物質(zhì)的客觀存在狀態(tài)。瀝青滴漏的難以預(yù)測是因為這種材料本身就是十分復(fù)雜的混合物，同一團瀝青的不同部位因為元素種類分布肯定存在著差異，這就導(dǎo)致瀝青滴漏時會受到很多干擾，瀝青滴滴漏所需的時間間隔并不是十分固定，也很難直接目睹瀝青滴發(fā)育成熟到滴下的完整歷程。

著名的“滴瀝青”實驗，為何長達92年無人破解？

“滴瀝青”實驗是指瀝青滴漏實驗，可以說這是人類歷史上最難以置信的實驗。

一般的實驗要么最后能夠完成，要么最后被證實不能完成，而瀝青滴漏實驗卻是例外，它是一個一直沒有結(jié)果的試驗。距離科學(xué)家第一次做這個實驗已經(jīng)過去了92年，但在這92年里，科學(xué)家卻一直無法按完成這個實驗，這是為什么呢？

首先，來了解一下實驗的對象瀝青。瀝青是由不同分子量的碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的黑褐色復(fù)雜混合物，在室溫下，瀝青堅硬易碎，但事實上瀝青是比水粘性大千億倍的有機液體。瀝青是一種防水防潮和防腐的有機膠凝材料。瀝青主要用于涂料、塑料、橡膠等工業(yè)以及鋪筑路面等。

1927年，澳大利亞昆士蘭大學(xué)（ University of Queensland ）的帕奈爾教授，發(fā)起了一個牽動全人類將近一個世紀的超長時間實驗 —— 瀝青滴漏實驗（ Pitch drop experiment ）。他耗時近百年，旨在向?qū)W生證明物質(zhì)的性質(zhì)并不像看上去那樣簡單。一些物質(zhì)看上去雖是固體，但實際上這些物質(zhì)是粘性極高的液體，比如瀝青，它在室溫環(huán)境下流動速度極為緩慢，但在自然條件下，它向下流動最終會形成一滴。

帕奈爾教授

1930年帕奈爾教授正式開始試驗。整個實驗的步驟和原理都比較簡單：帕奈爾教授先是將瀝青樣本放入一個封了口的漏斗內(nèi)，之后花了三年時間讓這一小杯瀝青徹底凝結(jié)成固體，然后把裝它的容器剪開，讓它開始滴漏，實驗的大部分工作就完成了。

實驗裝置

接下來就是觀察了。

在室溫條件下，每一滴瀝青需歷經(jīng)大約十年時間才能滴入漏斗下方的燒杯。事實上，等待第一滴瀝青滴下來，花了教授整整八年零十一個月，1938年12月，第一滴瀝青終于滴落下來。

實驗也證明了帕奈爾教授的觀點是正確的。

也正是在那之后 “觀察瀝青完整的滴下一滴” 就變成了很多學(xué)者的心愿。在此后的92年間，雖然有8滴瀝青滴落過，但是沒有人見證過這個過程。

瀝青滴漏實驗時間表

無一人親眼看見瀝青從漏斗中滴出來的鏡頭的記錄到2013年7月11日5點終止。

從1944年7月11日開始，都柏林圣三一大學(xué)進行了類似的實驗。在實驗裝置周圍放置了高速攝像機，足足等待了69年的一滴于2013年7月11日下午5點滴出，攝像機捕捉到了這一瞬間，第一次記錄到了一滴瀝青的滴落。

根據(jù)吉尼斯世界紀錄，這項實驗是世界上持續(xù)時間最久的實驗，而漏斗內(nèi)的瀝青仍足夠使這個實驗再持續(xù)幾百年。

瀝青滴漏實驗雖然沒有太大的科研意義，但是它為科學(xué)的好奇和探索精神做出了貢獻。

已經(jīng)進行了快100年，瀝青滴漏實驗，究竟為了證明什么？

已經(jīng)進行了快100年，瀝青滴漏實驗，，究竟為了證明什么？“滴瀝青”實驗作為世界上持續(xù)時間最久的實驗一直是吉尼斯世界紀錄的保持者。這項實驗從1927年開始到現(xiàn)在已經(jīng)進行了94年的時間，而科學(xué)家認為，，這項實驗如果繼續(xù)進行下去依然還可以持續(xù)幾百年之久。瀝青滴落的實驗證明，瀝青這種“液體”雖然看起來似乎不會流動，但是，只要時間足夠，它還是具有流動性的。這個實驗看似簡單，其實還是需要很苛刻的條件的。最主要的是溫度，必須恒定在一個很小的范圍內(nèi)，否則瀝青的流動性就會大不一樣。另外大氣壓強也不能變化太大，不過大氣壓一般不會變化太大，比較容易控制。濕度似乎也會影響，也要適當控制。此外地震等因素也會影響瀝青的滴落時間。

從已完成的實驗結(jié)果來看，越到后面瀝青滴落的時間間隔越長，這大概是因為，漏斗中的瀝青越滴越少，自身重量變小，，給瀝青滴落的動力變小的緣故吧。固體和液體很多時候不是溫度決定的嗎？就像水一樣，0度以上是液體，，0度以下是固體，成分也是一樣的。到了瀝青這里怎么行不通？我覺得沒化就是固體，化了就是液體沒毛病；在常溫下，瀝青看起來是固體，是因為它能保持一定形狀和體積等等固體所具有的特性，而研究發(fā)現(xiàn)它是非晶體，它的分子排列是雜亂無章無規(guī)則的，這正是液體分子排列的特點，所以，從微觀這一角度看，它是液體，堅固的瀝青可以"滴落"、堅固瀝青上表面上放著的鋼珠可以"下沉"、沒有固定的熔點等都是液體特征的表現(xiàn)。

瀝青滴落實驗持續(xù)將近100年，到底為了證明什么？

瀝青滴漏實驗始于1927年，現(xiàn)在已經(jīng)92年過去了，當年開始這項實驗的昆士蘭大學(xué)物理學(xué)教授托馬斯·帕內(nèi)爾（Thomas Parnell）已經(jīng)于2013年去世，但這項實驗至今仍然持續(xù)，這堪稱是人類有記錄以來持續(xù)時間最長的一項科學(xué)實驗。

這項實驗并沒有什么高深之處，帕內(nèi)爾只是把瀝青裝在一個密閉的漏斗內(nèi)，漏斗下方是一個燒杯。如果漏斗內(nèi)的瀝青滴落，將會掉到燒杯中。

瀝青滴漏實驗的目的十分簡單，就是為了測量瀝青在室溫下的流動速率。只不過由于瀝青的粘度極高，使得瀝青的流動速率極慢，一滴瀝青需要很長的時間才會滴下來，每滴的下落時間如下表所示：

可以看到，每一滴的瀝青需要大約十來年的時間才會落下來。截止到目前為止，瀝青才滴了9滴，第10滴預(yù)計還要再過大約5年的時間。根據(jù)2000年第8滴來估算，瀝青的粘度極高，可達水的2300億倍。

從該實驗可以看出，瀝青并非是一種固體。但負責(zé)該實驗的物理學(xué)家認為，瀝青也不能被認為是一種液體，而是一種相態(tài)非常特別的混合物。

據(jù)估計，漏斗中的瀝青還能再滴落至少100年的時間。雖然已經(jīng)有9滴瀝青滴下來過，但人們始終沒有目睹過該過程。而在另一項瀝青滴漏實驗中，人們記錄到瀝青滴下來的過程，這是迄今為止唯一的一次。

在1944年，1951年諾貝爾物理學(xué)獎得主歐內(nèi)斯特·沃爾頓（Ernest Walton）的一位不知名同事也開始了一項瀝青滴漏實驗。幾十年來，無人監(jiān)控這項實驗。

直到2013年，都柏林圣三一學(xué)院的一位物理學(xué)家注意到一滴瀝青正在形成。于是，他用一枚攝像頭來記錄瀝青的情況，最終拍攝到了瀝青滴下來的畫面：

根據(jù)這個實驗的結(jié)果，物理學(xué)家估計該瀝青的粘度大約為水的200億倍，這差不多是昆士蘭大學(xué)實驗結(jié)果的十分之一。