科技探秘

【美文一】

真空也有摩擦力

□齊 利

根據傳說，當年伽利略曾在意大利比薩斜塔

表演了“大小兩個鐵球同時落地”的實驗，之后人們這才信服，不同重量的物體下落速度是一樣的。而在此之前，即使是亞里士多德這樣的科學牛人，也只是憑著日常經驗和直覺認為，重的物體下落

得要更快一些；殊不知，這是某種隱藏的外來力量從中作梗，掩蓋了事情的真面目。這個隱藏的力量不但讓人弄不清楚物體下落的速度，還讓他們誤

以為物體要運動，就得有力量推動。

這個幕后黑手我們每天都在接觸，它就是摩擦

力。你如果在地上拖動箱子，會受到滑動摩擦力的阻撓。箱子如果有滾輪呢？它又會受到滾動摩擦力。而箱子只要是在空氣中運動，都會受到空氣的摩擦力。伽利略和后來的大科學家牛頓正是慧眼識破了真相，即是摩擦力扭曲了事實，于是才有牛頓第一定律：物理不受外力的時候，總是保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。

摩擦力如果尋根溯源的話，都是來自于分子間

的作用力，是分子之間的互相吸引給運動的物體拖了后腿。那么，如果物體是在真空中運動，周圍不再有搗亂的空氣分子，是不是就擺脫了摩擦的煩惱呢？如果是這樣的話，設想一個轉動的球懸浮在絕對的真空中，那它就應該可以千秋萬代永動下去了吧？

在牛頓看來，如果物體是在真空中運動，球確實會永遠轉動下去。但量子物理學家的眼中，就并非如此了，球即使在真空中轉動，依然會受到摩擦力的阻礙。事情竟讓人這么匪夷所思！這個摩擦力來自何處？量子物理發現，真空并不是空的，它仿

佛是一片汪洋大海，就像海平面總有波浪躍出然

后又落下一樣，完全的虛空中也會不斷冒出光子，然后又消失掉。這些光子是憑空冒出來的，存在時間很短，所以被叫做“虛光子”。它們和真正的光子一樣，也會對物體施加作用力，而這正是真空中摩擦力的來源。

兩輛汽車如果迎頭相撞，就要比一前一后追

尾的碰撞力量更強，同樣道理，當物體穿過真空運動時，迎面而來的虛光子就要比那些尾隨而至的

作用更強一些。所以，如果一個球在真空中旋轉，雖然從四面八方都有虛光子飛過來，但是阻礙球

轉動的虛光子要比推動球轉動的虛光子力量強。這樣球就會受到真空的摩擦，速度會逐漸減慢。球在轉慢過程中損失的動能，則會成為真正的光子從真空中輻射出來。在地球上，到處充滿了空氣，

真空摩擦力的影響當然極為微弱。但是在宇宙空

間中，有些區域相當空，比我們用各種真空泵制造出來的真空還要空虛得多，如果有一艘宇宙飛船闖進去，真空摩擦力對飛船的影響就顯著起來。

真空摩擦力的強弱與被摩擦物體大小、材料組成都有關系。有些物質，例如黃金與光子作用較弱，在真空中受到的摩擦力就弱。另

外，真空摩擦力的強弱還與周圍環境的溫度有關。溫度越高，從真空中冒出來的虛光子就越多，物體受到的摩擦力當然也就越強，運動減慢得就越快。

（選自《大科技·科學之謎》2011年第7期，有刪節）

【美文二】

稀土扼住了誰的咽喉

□鮮卑鐵騎

最近，稀土產量占世界總產量97%的中國，出于對環境保護和資源的可持續利用等方面的考慮，大幅度降低稀土的產量和出口，使得近兩個月國際市場稀土交易價格上漲了30%。對此，美國、日本叫

苦不迭。

稀土到底為何物，能如此牽動日、美的神經？

稀土其實是一系列元素的統稱，包括錸、

鑭、鐠、釹、釤、釔等。如果將石油比做“工業血

液”的話，那么稀土就是“工業維生素”。別看總需求量不大，但離了它，合金、超導材料、微電子材料和激光設備等眾多高科技產品都將成為“無米之炊”。特別是在材料方面，稀土元素加入一點即可收到“點石成金”的效果，將普通金屬轉化為特種合金。這些合金和電子產品除了民用銷售外，更多是為軍用而開發，能夠為武器帶來革命性突破。

稀土元素錸與“太空金屬”鈦制成的鈦錸合金，具有驚人的強度和硬度，可以用來制造一些處于極惡劣環境下的武器裝備。冷戰時期，前蘇聯用鈦錸合金制造的M級核潛艇，艇身可抵抗1000多米深處海水的巨大壓力（相當于100多個大氣壓），最大下潛深度更是深達驚人的1250米，而當時美軍魚雷的使用極限深度也只有800米。

第四代戰斗機翹楚“猛禽”F-22有45%的材料都采用稀土合金，最外面的機殼更是采用超強的稀土鎂鈦合金。另外，飛機尾部噴射管的火焰高達3000攝氏度以上，這個溫度會令絕大多數金屬熔化或變軟，所以噴射管需要用到稀土制成的特種陶瓷，它能耐6000攝氏度的高溫。

在海灣戰爭中因多次成功截獲“飛毛腿”導彈而嶄露頭角的“愛國者”導彈，它的制導系統使用了釤鈷磁體和釹鐵硼磁體用于電子束聚焦裝置，該裝置可以精確地追蹤和定位目標導彈，直到鎖

定。“愛國者”的另一重要部件彈體控制飛翼也是

由含有稀土元素的合金制成的，飛翼需要極高的強度和韌性，才能在高速飛行中保證方向的精準而不會折斷。

美軍“陸戰之王”坦克M1裝備了含有稀土元素釹釔鋁的石榴石激光測距機，在晴朗的白天能達到近4000米的瞄準距離，而伊軍裝備的前蘇聯T72坦克激光測距只有2000多米，在戰斗中很多T72還沒有瞄準M1就已經被對方摧毀。另外，M1坦克也是夜戰好手，它裝備了含有稀土鑭元素的夜視儀，伊軍坦克到了夜里就只有被動挨打了。

中國對稀土的出口控制，會令美國人為自己使用的高科技武器支付更多的美元，而日本人不僅僅失去了向美軍銷售高端電子產品的利潤，也喪失了對鄰國說“不”的資格。

（選自《意林》2011年第1期，有改動）