史上最“悲催”物理实验:3代教授守护百年,都未目睹成功瞬间
时光流逝,持续近百年的沥青滴漏实验俨然成为见证历史的镜子。令人唏嘘的是,这个实验换了三代守护者,但三位教授都未曾亲眼见证滴落的瞬间。
撰文 | 王兆昱
在澳大利亚昆士兰大学物理楼二层大厅,放置着一个玻璃漏斗,里面黏稠的黑色沥青正在滴落。在这里,时间仿佛按下了减速键,从1927年至今,近百年的时间里,只落下了9滴。
这是闻名世界的沥青滴漏实验。发起人托马斯·帕内尔(Thomas Parnell)的初衷是向学生展示,物质的形态远非肉眼所见那么简单。沥青看起来和摸起来都像固体,可以用锤子敲碎,但实际上它是高黏度的“超级流体”。2005年,已故的帕内尔被追授“搞笑诺贝尔奖”。
时光流逝,沥青滴漏实验俨然成为见证历史的镜子。1927年实验开启时,电视机刚发明不久;如今,人类已经步入快节奏的AI时代。令人唏嘘的是,这个实验换了三代守护者,但三位教授都未曾亲眼见证滴落的瞬间。
目前,实验仍在进行。全球已有超过3.5万人注册观看实时直播。据科学家估计,第10滴的到来很可能就在近几年。
这是一个真实发生的,关于耐心、遗憾与时间的科学故事。
沥青滴漏实验丨图源:昆士兰大学官网
起点
沥青滴漏实验的起点,要从实验发起人帕内尔说起。他是昆士兰大学物理系的奠基人,也是该校首任物理学教授。
1881年,帕内尔出生于英国一个农民家庭,他不仅在自然科学的学习上异常勤奋,还热衷于体育运动。23岁时,帕内尔漂洋过海,来到澳大利亚墨尔本大学三一学院任教。由此可见,这是一位既有才华又勇敢的青年。
1911年,帕内尔前往新成立的昆士兰大学担任讲师,8年后升任教授。作为该校物理系元老,他领导物理系作出了巨大贡献,为昆士兰医院系统的X射线和镭服务打下科学基础,并建立氡实验室。昆士兰大学现在的物理楼就是以他的名字命名——帕内尔大楼。
时间来到1927年。彼时,物理学正处于激动人心的年代:爱因斯坦的相对论方兴未艾,量子力学的大幕正在拉开,帕内尔却做了一件看起来有些“无聊”的事——他想向学生证明,有些东西看起来是固体,其实是液体。
他选中了沥青。这是一种从焦油中提取的黑色物质,被用于道路铺设、船只防水涂层等。常温下的沥青摸起来硬邦邦的,用锤子一敲就能碎成渣,怎么看都是固体。
但帕内尔知道,事情不像表面看起来那么简单。
为证明沥青其实是液体,帕内尔将一份沥青样本放进一个密封漏斗里,并在1930年剪开漏斗封口。于是,沥青开始以肉眼无法察觉的速度缓慢流动,向下方的烧杯滴去。
此后,是漫长的等待。
第一滴沥青滴落,用了整整8年。那是1938年12月,帕内尔终于证明了他的观点:沥青是液体。
人们从实验中计算得出,沥青的黏度大约是水的1000亿倍。
1948年,帕内尔去世,享年67岁。他这一生只经历了两滴沥青的滴落过程,第一滴是1938年、第二滴是1947年,但两次滴落都发生在他不在场的时候,均为“事后发现”。
托马斯·帕内尔丨图源:昆士兰大学
最“悲催”的守护者
帕内尔去世后,沥青滴漏实验有13年处于闲置状态。
1961年,年轻的物理学家约翰·梅因斯通(John Mainstone)在学校橱柜里发现了这个装置,他主动接过了实验“看护权”。没想到这一看,就是52年。
梅因斯通非常重视这项实验,将它当作自己的毕生事业,他希望成为历史上第一个亲眼看到沥青滴落瞬间的人。因此,他每天都要检查装置好几次,细致地观察沥青的细微变化,不放过一点进展。
然而,命运仿佛跟他开了个残酷的玩笑。52年时间里,共有5滴沥青滴落,但梅因斯通每次都不巧错过,直到去世。
1988年7月,实验正在布里斯本世界博览会上展出,第7滴沥青即将滴落。梅因斯通就在现场,但他离开了几分钟去买饮料喝。就在这几分钟里,梅因斯通错过了这一次滴落。
此后,为了捕捉到沥青滴落,梅因斯通安装了一台摄像头,24小时监控。2000年11月,第8滴沥青滴落,摄像头拍摄到了,但储存数据的硬盘发生了故障,依然无人看到滴落的瞬间。
2005年,梅因斯通和已故的帕内尔共同获得了“搞笑诺贝尔奖”。这个奖项专门颁给那些“先让人发笑,再引人思考”的研究。颁奖词写道:“即便是看似最无聊的实验,通过耐心和坚持,也能带来重要的科学发现。”
据报道,无论是生前还是死后,梅因斯通的人生几乎被沥青实验占满。同事评论说,沥青实验简直就像他的“宠物”,让他花费了一生的时间与之相伴。对于梅因斯通而言,物理学是他的终生事业,而这个沥青实验,则是他生命中最大的爱好和乐趣。
在生命的最后几年,梅因斯通把全部精力投向沥青实验装置。他坚持每天观测实验数据、查看网络摄像头的画面,还会用邮件回复世界各地“粉丝”的问题,和前来昆士兰大学参观的科学爱好者聊聊天。
“即使在退休之后,梅因斯通教授对沥青实验也是全心奉献。”一位实验室负责人如是说。
最令人遗憾的是,在去世前,梅因斯通眼睁睁地看着,新的沥青已经悬挂成了一颗“完美的泪滴”,离下方的烧杯越来越近。他曾经乐观地对媒体说:自己在年底就能看到沥青的滴落。
2013年8月23日,梅因斯通去世,享年78岁。在他去世八个月后,2014年4月,第9滴沥青落下了。
梅因斯通与1990年正在形成的第8滴沥青丨图源:昆士兰大学
凝视时间
从2014年开始,安德鲁·怀特(Andrew White)教授成为了实验的第三代守护者。如今,这个快满百岁的实验正在酝酿第10滴,人人都可以通过网络直播观看这一实验。
漏斗里剩余的沥青,还能再滴上至少100年。且由于沥青的滴落速度受到温度影响,在20世纪80年代大楼安装空调后,沥青的流速就变慢了。也就是说,这个实验大概率会比所有人都“活”得更久。
有趣的是,在昆士兰大学的这项沥青滴落实验并不是孤例。在世界其它地方,类似的实验也在进行。
爱尔兰都柏林圣三一学院有一个始于1944年的沥青滴落实验。它知名度稍逊,但在2013年7月,它成为世界上首个人类用摄像机拍下滴落瞬间的实验。
苏格兰国家博物馆的沥青滴落实验则始于1902年,是现存最古老的滴落实验。由于环境原因,它流动的速度更慢,至今只滴落过两次。
2024年8月,苏格兰国家博物馆的沥青实验丨图源:该博物馆官网
威尔士阿伯里斯特威斯大学也有一个始于1914年的沥青滴漏实验。但这个实验的沥青极其黏稠,至今还没有一滴沥青滴落!科学家估计,还需再等至少1000年,才会滴落第一滴。
为什么一个看似“无聊”的实验,会吸引全世界的关注?
梅因斯通曾评价道:“实验本身启迪着雕刻家、诗人、作家,让他们反思现代生活节奏和时间的意义。”
当AI以毫秒为单位进化时,这些实验室里的时间依然以十年、百年为单位静静流淌。当人们学会与时间和解,就能在等待中发现永恒。
参考资料
[1] https://www.sciencealert.com/the-worlds-longest-running-lab-experiment-is-almost-100-years-old
[2] https://smp.uq.edu.au/pitch-drop-experiment
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Pitch_drop_experiment
[4] https://physicsmuseum.uq.edu.au/famous-pitch-drop-experiment
[5] https://www.guinnessworldrecords.com/world-records/longest-running-laboratory-experiment
[6]https://www.nms.ac.uk/discover-catalogue/pitch-drop-one-of-the-longest-demonstrations-in-the-world
[7] https://theconversation.com/explainer-the-pitch-drop-experiment-33734
[8] https://www.cnn.com/2013/04/30/world/asia/pitch-drop-experiment/index.html
[9] https://www.atlasobscura.com/places/pitch-drop-experiment
[10] https://improbable.com/2014/04/17/the-drop-dropped-in-the-ig-nobel-winning-pitch-drop-experiment/
[11] https://news.uq.edu.au/2005-10-07-improbable-award-long-term-experiment
[12] https://zqb.cyol.com/html/2013-09/25/nw.D110000zgqnb_20130925_2-10.htm
[13] https://www.sohu.com/a/461174118_120090474
[14] https://www.nms.ac.uk/discover-catalogue/pitch-drop-one-of-the-longest-demonstrations-in-the-world?utm_source=chatgpt.com +
本文经授权转载自微信公众号“科学网”,编辑:方圆。
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