你有見過這樣的「咖啡」嗎：拿勺子攪拌一下，準備等放涼一些再喝，可是10分鐘後再看，發現杯子裏的「咖啡」還在旋轉;端起杯子想看看發生了什麽事，卻看到裏面的液滴一滴滴沿著杯壁往上「爬」，然後從杯口溢了出來……這聽起來像是天方夜譚，但如果這杯「咖啡」是用-270.98℃的氦制成的，上述現象就會出現在你眼前。
凍不住的液體
液氦是現代科技領域常用的制冷劑，1908年，荷蘭科學家海克·昂內斯首次將氦氣降溫制出了液化氦氣，人們第一次發現，原來將熟悉的物體降溫到極低溫度，它的性質會發生翻天覆地的變化。不過，作為低溫領域的先驅，昂內斯與他的液氦很快「失寵」了：因為許多金屬被冷卻到接近絕對零度(-273℃)時，它們表現出了更大的套用價值——電阻消失，於是大多數科學家都轉向了冷卻金屬的道路，液氦反而乏人問津了。只有昂內斯本人還在繼續研究液氦，他想知道，如果繼續降溫，液氦能變成固體嗎?
從1908年到1926年，昂內斯將自己後半生的所有精力都投入到凍結液氦這件事上，可惜，這件事沒能成功——液氦竟然無法「凍結」。昂內斯的遺憾是由他的學生威廉·凱索姆彌補的：就在昂內斯去世幾個月後，凱索姆將液氦凍住了!凱索姆使用的方法是加壓：將實驗氣壓增加到標準大氣壓的26倍，然後再給液氦降溫，當溫度下降到-272.44℃時，液氦凍結了!人們這才知道，原來液氦是無法在標準大氣壓下固結的。
不過，雖然液氦在標準大氣壓下不會凍結，但不代表持續降溫它不會發生相變——從液體變成固體是一種相變，但液氦到固氦的過程中，其實還存在一個相變階段。什麽叫相變?簡單地理解就是物體狀態改變，水具有三種狀態，氣態、液態和固態，每一種狀態改變都可以叫相變。但除此之外，有一些物體在發生相變時，它的外表不會發生大的變化，我們只能用另一些物理性質去判斷，其中一個物理性質是比熱容。比熱容指的是每千克物體升高或降低單位溫度時吸收或放出的熱量，物體處於同一種相時，其比熱容是相對穩定的，而當物體發生相變時，比熱容就會發生大範圍波動，比如水凍成冰時，比熱容就會劇烈變化。
海克·昂內斯在將液氦降溫到-270.98℃時，就發現液氦的比熱容發生了劇烈變動，當時他以為液氦要凍住了，非常激動，結果卻是一場空歡喜。後來，凱索姆也發現了液氦比熱容波動的現象，他才意識到液氦是發生了相變——這個相是介於液態和固態之間的。
留不住的超流體
既然仍然是液體，液氦的比熱容為什麽會變化，它到底發生了什麽事?為了區分相變前後的液氦，凱索姆將其分別命名為氦Ⅰ和氦Ⅱ。可惜由於實驗條件有限，凱索姆沒能發現氦Ⅰ和氦Ⅱ有什麽不同。1938年，蘇聯科學家彼得·卡皮查才發現了氦Ⅱ的神奇之處：它是一種完全沒有黏性的液體，輕輕攪拌一下就會持續轉圈，無論多小的縫隙都能穿過，幾乎沒有容器能永遠盛放氦Ⅱ。
卡皮查用兩塊縫隙極小的平板，讓氦Ⅱ從夾縫中流過。結果發現，氦Ⅱ極快地從縫隙中穿過，且平板上完全沒有殘留。這是一件非常奇怪的事情：我們都喝過奶茶，不管用多大的力氣吸吮，你永遠無法將杯子裏的奶茶吸幹凈，吸管裏也總會有液滴殘留，換其他任何一種液體也一樣，容器裏不可能沒有液體殘留。但如果杯子裏的液體換成氦Ⅱ，它就能很快從杯子裏流出去，且毫無剩余液體!卡皮查意識到，這是因為氦Ⅱ是一種沒有黏性的液體，參考沒有電阻的導體，卡皮查給氦Ⅱ起了一個新名字，叫超流體。
超流體為什麽這麽奇怪呢?我們要用量子力學來解釋了。我們知道，量子力學中，像原子這樣的粒子的能量是不連續的，也就是說，每一個原子都可以在不同能階之間跳躍。在日常生活中，這種跳躍並不明顯，因為一個物體由數不清的粒子組成，而粒子之間又有許多隨機運動，以至於蓋過了粒子的能階躍遷。
但是，當我們把溫度降下來時，情況開始變得有些不一樣了。當溫度下降到-270.98℃時，液氦原子的能量狀態越來越低，已經低到沒有更多能階可供跳躍的地步。因此，大量的氦原子「擁擠」在相同的能階之中。根據量子力學，當更多的氦原子處於相同能階時，它們的行為狀態將趨於一致：它們不會再相互碰撞，也不會像其他原子那樣向不同方向運動，表現得就像一個統一體一樣。
因為沒有碰撞和摩擦，氦原子之間的摩擦力幾乎為零——也就是沒有黏性，所以超流體液氦就會表現出我們前文描述的奇怪現象：無論是多麽微小的縫隙，超流體液氦都會快速透過且沒有殘留;攪拌一下然後靜置一段時間，超流體液氦仍然會持續旋轉;沿著容器的內壁向上「攀爬」;等等。因為毛細作用，所有液體都會傾向於爬上它們所在的容器的內壁，但通常情況下，內壁和液體之間的摩擦力會抵消這種影響，但因為超流體幾乎沒有摩擦力，它「向上爬」的現象會表現得格外明顯。
另一種物體狀態
其實，超流體液氦究竟是什麽東西，早在1924年，物理學家玻色和愛因史坦就從理論上預言過了，那就是玻色-愛因史坦冷凝態。他們預測，當溫度足夠低、原子的運動速度足夠慢時，它們將集聚到能量最低的同一量子態，此時，所有的原子就像一個原子一樣，具有完全相同的物理性質。你看，我們的超流體液氦表現得不就與預言完全吻合嗎?
因為其獨特性質，超流體大有用武之地，其中一項就是制造超級冰箱。冰箱的執行依靠一種物理學效應——液體被迫透過一個狹窄的縫隙，然後迅速蒸發，這一過程可將熱量從容器中帶走並降低整體的溫度。在這個過程中，超流體的效果尤為明顯，冷卻效率更高。1983年發射的世界上第一款紅外空間望遠鏡——紅外天文衛星中，科學家們用超流體液氦制造了一個類似冰箱的系統，該系統不僅能將望遠鏡冷卻到極致，同時還避免了在制冷過程中產生振動。
超流體還有一項非常特殊的用途——捕捉光。超流體的原子物質表現出了光子一樣的特性，正是利用這種特性，科學家可以將光儲存起來。20世紀90年代末，美國哈佛大學的科學家琳恩·豪使用玻色-愛因史坦凝聚體，將光速降低到了每秒1公尺，相當於人類步行的速度。想象一下，如果我們有這樣一塊「捕光玻璃」，不就能將陽光「釘選」，到了夜晚再將其釋放，用作照明，這將能節約多少能源啊。除此之外，「捕光玻璃」還能有其他套用，比如將某些資訊記錄到光中，等到需要的時候再釋放出來，這樣我們的宇宙探索、宇宙通訊將變得更有效率。
現在，這個構想仍然停留在科幻階段。玻色-愛因史坦凝聚體需要花費巨大的資金以將溫度控制到絕對零度附近，且還必須有雷射的配合，這比今天我們所見的任何路燈產生的費用都更昂貴。但也許未來，科學家能找到更好的方法釋放超流體的潛力或者找到室溫下制造超流體的方法，到那時，我們的社會必將發生天翻地覆的變化。
