2022年科学在极限环境下.doc

科学在极限环境下　　能够制造出比钻石还硬的物质吗？只要压力、重力、磁场三个方面达到目前世界最高水平的极限环境，即大气压400万倍的超高压，达到地上重力100万倍超重力，以及地磁1 200万倍的超强磁场，或许一切皆有可能　　　　比钻石更坚硬　　　　地表的物质受大气的压力，其大小是地面为1个大气压（1.01×105帕），在珠穆朗玛峰顶上是0.3个大气压另一方面，从地球之中来看，海底的最深处（约11 000米）的水压约1 000个大气压，地幔中心可达到360万个大气压　　目前，日本科学家设计一种叫“二级氢气枪冲击压缩合成装置”，可制造出超过地球中心压力达400万个大气压的超高压状态，这是目前世界上最高水平的超高压状态在这种高压环境下，钻石的大小将被压缩到只有原来的70%左右　　现在，世界上还没有制造出比钻石更硬的物质但是，钻石至多是在10万个大气压下制造出来的，如果在更高气压下，有可能制造出比钻石更硬的物质　　专家认为，不限于钻石，一切物质如果置身在极限的超高压下，都会具有金属的特性这是因为物质中的原子间距离由于高压而缩小，结果围绕各原子高速旋转的电子能够在物质中自由活动这样，在某个高压条件下，有些物质或许能够产生具有像半导体或超导体那样的新性质。

科学家研究的目的就是探索在这样超高压条件下是否可能制造出新的物质　　　　冲击制造高压　　　　400万个大气压的超高压状态是用像步枪子弹那样的所谓飞行体，经2级氢气枪加速，撞击试样制造出来的所谓2级氢气枪，最初是火药在火药室爆炸产生推力，这个力推动压缩管内的活塞，压缩氢气被压缩的氢气猛烈冲击安在发射管内质量为10~15克的飞行体，使飞行体以6千米/秒的速度冲撞放在试样室的试样，从而使撞击时，产生400万个大气压的超高压，整个实验过程发生在10毫秒以内　　研究发现，一旦飞行体撞上试样，其冲击力触及的部分引起原子数增加，结果是物质内部瞬间被原子塞满，产生超高压状态实现400万个大气压的超高压状态时间约为1×10-6秒，这期间试样的温度上升到7 000oC　　专家已成功用超高压制造出新的陶瓷——立方晶氮化硅，其密度比普通的氮化硅密度高1.3倍左右虽说硬度上没有钻石大，但有相当大的提高而且，专家还在分析，是否还有其他新的理化性质产生　　揭开陨石之谜　　大家知道，大多数陨石都不含有水分对于陨石为什么不含有水？专家之间争论不休一种观点认为，陨石从太空落下期间，由于与大气摩擦导致水分完全消失了另一种观点则认为，陨石原本就不含水分。

对此，科学家利用二级氢气枪进行冲撞实验来研究陨石形成之谜通过实验获知宇宙中的陨石碰撞也会失去水分即原来含水的陨石由于碰撞失去水分，所以它落到地球不含水分也合乎情理但是，陨石到底会不会含水分，迄今为止尚不清楚，还有待现在还在运行的“隼”小行星探测器，如果它能带些试样回来，也许这个问题会有个了断　　　　超重发现新物质　　　　地面的一切物质因重力而被拽向地球假定离地面约5米高的物体静静地下落，空气阻力完全忽视的情形下约1秒钟落到地面　　假定在地球上的重力为1，目前科学家研制出的“超重力场发生装置”已经制造出是其100万倍的世界上最大的重力场在这个超重力场环境下，如果进行与本段开头相同的下落实验，物体将在1×10-3秒内落地这也超过了白矮星附近的重力场，（白矮星的重力场至多是地球重力场的10万倍左右）　　科学家指出，重力与气体的压力不同，重力只在一个方向上起作用，而且独立作用于构成物质的一个个原子上为此，在地面重力100万倍的超重力场下，会引起合金等固体物质内部的重原子比轻原子更快落下的独特现象　　大家知道，如果在杯中放入泥水，不久杯底就会有泥沉淀出来如果重力的大小是地球的1万倍，则眼睛看不见的1微米（1×10-3毫米）以下的物质开始沉淀落下。

如果重力是地球的100万倍，则甭说液体，连固体中的原子位置也发生改变其结果有可能诞生全新组成或结构的新物质　　　　离心制造重力场　　　　科学家开发的装置其实是一台每分钟19万转的超级离心机，由超级离心机产生的离心力制造出超重力场实验过程是这样的，首先将试样密封在称之旋转体的内部，然后使旋转体以每秒约500转的增速不断提升，经过约10分钟后试样就处在超重力场状态下　　这个装置能够将超重力场状态稳定保持100小时以上另外，如果采用辐射方法对试样加热，温度可达到500oC在超重力和高温状态下，使原子慢慢地沉降（移动）后，再将物质的温度降到常温，有可能把物质偏畸的结构固定下来　　实际上，现代生物化学等领域使用的离心机的离心力已经达到地球重力的80万倍左右但是由于这些装置主要是在室温下，以液体中的物质分离为目的，所以还不至于使固体内的原子移动　　　　控制原子配置　　　　科学实验已经证实，将铟与铅组成的合金加上超重力场后，两种原子偏向重力方向的程度会不一样铟的原子量115，铅是207结果是更重的铅原子在超重力下“沉降”，铅集中在这个合金内部的“下侧”（在超重力下物体坠落的方向）反之，越到“上侧”铅的浓度越小，而铟的浓度却连续地上升。

再者，它的晶体结构在下侧与上侧不一样　　科技人员指出，在合金或化合物等由多种原子构成的物质中，各种原子起到了一样的作用但是超重力场具有巨大的能量，如果能够很好地利用，也许可以用它来控制物质内的原子配置或物质的掺杂随着研究的进展，在纳米级（1×10-9米）控制原子，制造组成不同的物质，或者控制分子级的结构，制造分子排列一致的物质也是可能　　的通过世界上独一无二的超重力场研究，或许可以诞生高性能半导体、超级塑料等　　　　揭开电子性质　　　　众所周知，罗盘的指针能显示地球的南北方向，这是因为地球像一块大的磁铁目前，研究人员开发的“电磁浓缩超强磁场发生装置”，制造出了相当于地表磁场强度1 200万倍的600特斯拉超强磁场，是当今世界室内制造出的最强磁场　　人们在化学研究中发现，决定物质性质的是物质中的电子而磁场是用来了解电子性质的一个重要手段，磁场越强，越能够揭露出电子潜在的性质电子具有在磁场中不停地“回旋加速运动”的性质用说明微观世界的“量子力学”研究电子那样小的粒子，结果发现磁场越强，回转加速运动的半径越小，电子被囚禁在小的领域例如现在关注的纳米电子学，如何控制囚禁在纳米级的电子成为关键这种电子性质惟有在更强的磁场中才能够进行研究。

　　另外，超强磁场实验还能为磁悬浮列车或高温超导体（在较高温度下电阻为零的物质）的应用提供必要的验证研究人员认为，只要有电流流动必然产生磁场，但是超导体的超导现象在强磁场下会遭到破坏，所以通过电流的大小有界限，这是非常重要的　　　　电流浓缩磁场　　　　实际上制造超强磁场，首先在环状初级线圈的内侧，插入同样环状的称之衬套的金属，圈与衬套之间通过3特斯拉的磁场，在这个状态下初级线圈流过4兆安的大电流按电磁感应定律，在衬套中将流过与初级线圈反向的电流电流的反向流动因产生反作用力使初级线圈向外扩张，反之，衬套将向内收缩于是，原先的磁场被浓缩，在环中心产生了600特斯拉的超强磁场这个超强磁场产生的时间约59微秒，非常短必须在这期间进行各种测量　　另外，超过100特斯拉的磁场，不管用如何坚固的物质制造的线圈，都要受到破坏，所以进行超强磁场实验是以破坏为前提的进行强磁场研究，也可用100特斯拉以下的磁场进行“非破坏性型”的实验但是，为查明高温超导现象遭破坏的磁场到底是多少，专家用了约220特斯拉的磁场，这是不做破坏型超强磁场实验所不知道的　　　　中子星是研究对象　　　　在超强磁场下物质的研究也可用来调查远在宇宙彼岸发生的现象。

中子星据称能产生1亿特斯拉的超强磁场理论上预测，在这样强的磁场环境下，氢原子的电子轨道形状在磁场方向变成瘦长形；另外，这些氢原子也将呈现像念珠那样串起来的状态 　　研究人员用半导体中的电子，捕捉到了这种在通常情况下不存在的电子模样迄今为止，在强磁场下已相继揭开了一些物质以往未知的性质近年来，强磁场已成为科学家关注的热门领域此资料由网络收集而来，如有侵权请告知上传者立即删除资料共分享，我们负责传递知识。