奇妙的超低温世界

1、冰雪不足以言冷： 从前，人们常用“冰冷”两字来形容冷，以为冰是最冷的东西。自从人们发明了温度计以后，很快就知道冰雪不足以言冷，它的温度只不过O℃，世界上比冰更冷的东西多着呢!

在地球上，最冷的地方要算是北极和南极。在南极，最低气温达到-90℃。这还不算最冷。

在月亮背着太阳的一面，最冷要冷到—160℃，真是一个名副其实的“广寒宫”。

至于远离太阳的海王星，那就更冷了，温度低到-229℃。但是，海王星也不算最冷。

有人以为，热可以高达几千、几万甚至几千万摄氏度，冷也可以低至零下几千、几万甚至几千万摄氏度。然而，尽管人们在实验室里获得了比海王星上更低的温度，却一直无法获得零下三四百摄氏度的低温。
后来，人们从理论上进行推算，才知道冷不像热那样可以无限发展。冷有一个极限——最低的温度是-273．16℃，叫做“绝对零度”。世界上不可能再有比绝对零度更低的温度。

有人想象，在冥王星背阴处，可能会有些地方达到绝对零度状态，这时候，甲烷变成雪花了！

如今，人们在实验室里，已获得离绝对零度只差1／500000℃的超低温!然而，人们尽管已经十分逼近绝对零度，却仍无法到达绝对零度。

2、奇妙的现象

随着温度的不断降低，出现了许多奇妙的现象。

在零下190多摄氏度，空气竟变成了浅蓝色的液体，叫做“液态空气”。鲜花在液态空气中浸一下，就变得像玻璃一样脆，一摆动，便叮当叮当直响。

鸡蛋、石蜡等在液态空气里，会像萤火虫似地射出荧光。鸡蛋射出的荧光是浅蓝色的，石蜡射出的荧光是浅绿色的。在零下一二百摄氏度，就叫超低温。

金属在超低温世界中，也变得面目全非：水银在常温下，是闪耀着银光的液体。可是，如果你把水银温度计伸进液态空气，水银柱一下子就冻得像一根大头针似的!铅平常是软绵绵的，要直就直，要弯就弯，非常“听话”，可是在超低温世界里，铅变得非常“倔强”，富有弹性，你一松手它就弹回去，恢复原状。一个铃铛如果用铅做的话，在常温下摇起来像个闷葫芦，但是用液态空气浸过以后，摇起来却发出银铃般清脆的响声!锡跟铅恰恰相反，一把好端端的锡壶，在超低温下会碎成煤灰似的一团粉末。

例外的是铜，它在超低温下仍像常温时那样保持很好的韧性和机械强度，所以好多超低温设备常常用铜来做。
奇怪的是，氦本是一种无色无味的惰性气体，在超低温下会变成五色液体，而这种液体竟是会“爬”的液体!比如，你把一个小杯放在大杯中，小杯里盛着液态氦，当温度降低到-270．96℃以下时，小杯里的液态氦会自动沿着杯壁“爬”出去，流到大杯中，直到大、小杯里的液面相平为止!液态氦的这种怪脾气，叫做“超流现象”。超流现象已引起许多科学家的注意，但目前还没有一种理论能够正确地解释这种现象。

3、没有电阻的导线

1911年，荷兰低温物理学家卡曼林·昂尼斯还发现一种奇特的现象：把水银的温度不断降低，使它冻成固体，当温度降到—269℃时，它的电阻突然消失了!这种奇特的现象，叫做“超导现象”。
不久，又有人发现，铅在超低温下，电阻也会消失。人们做了这样一个有趣的实验：用金属铅做成圆环，放在接近绝对零度的超低温中，这时，金属铅的电阻就消失了。人们在金属环上通了电流，然后截断电流，把整套仪器封闭起来。经过两年半以后，人们再把仪器打开，发现金属环里的电流仍在流动，电流强度没有明显的减弱!
现在，人们发现，不只是水银、铅具有超导性能，而且铌、锌、铝、钽、锂、锡等23种纯金属与60多种合金，在超低温时也都具有超导性能。其中最为突出的是铌，它在-263．94℃就显示了超导性能，比其他纯金属、合金显示超导性能的温度高。

超导现象的发现，引起子科学家们的关注。

如今，他们正在努力寻找一种金属或合金，使它在室温或稍低于室温的温度下，就能显示出超导现象。如果能够找到这种金属或合金的话，那将引起电力工业上的一场划时代的革命。据统计，现在世界上的电能，大约有1／4损耗在输电线路上。一旦制成没有电阻的导线，那就相当于使全世界的发电量增加了1／41有人认为，即使找到一种金属，在-200℃左右显示超导现象，只要采取一定的绝热措施，这种导线便可在电力工业中得到应用。
人们还利用超导现象，制成小巧玲珑的“冷子管”。冷子管的构造很简单，它是由两根彼此绝缘并互相交叉的不同金属丝，浸在液态氦中做成的。这两种不同的金属丝，一种是钽，一种是镎。

冷子管比电子管小得多，比半导体晶体管还小，可用作电子计算机元件。冷子管用电很省，100万个冷子管每小时只消耗半瓦电。冷子管非常灵敏，人们用它可以测量从遥远星球射来的很微弱的光线。利用超导现象，还可以制成微波放大器。这种放大器是现在世界上最灵敏的放大器，可以避免分子热骚动而带来的杂音，使微波得到有效的放大。

纳米冷子管芯片雏形

4、广泛的应用

在钢铁工业上，人们开始用超低温处理钢铁制品。经过处理后，钢的强度可以提高一倍半，铁的强度可以提高两倍。
在农业上，人们利用超低温来锻炼种子，增强它们的耐寒本领。在国外，农业科学家利用逐渐降低温度的办法，把醋栗的种子进行低温处理。他们每天把温度降低10℃，从室温慢慢下降到零下200多摄氏度，结果使本来在零下十几摄氏度就会冻死的醋栗种子，锻炼成能够经受住零下200多摄氏度超低温的考验。由于采用这种办法锻炼种子，许多果树和庄稼的耐寒本领大大增强。

目前超低温技术最主要是应用在液态空气工业上。人们把空气温度降低到超低温，一加压力，便变成水——样的液态空气。然后，慢慢蒸发液态空气，进行分馏，可以把空气中各种不同气体分开，制得纯净的氧气、氮气、二氧化碳、氦气、氖气、氩气等。

在医学上，人们利用超低温技术，保存一些贵重药品，防止变质。最近几年，我国试制成功一种“冷刀”。这种刀是空心的，里面不断流过液态氮或液态空气。用冷刀开刀，可起麻醉、止血作用，能够减少病人的痛苦。

在宇宙航行中，宇宙飞船或人造卫星将会遇到零下200多摄氏度的超低温。因此，使用的材料事先都要用超低温进行检验，合格后才允许上天。

在科学研究中，超低温也是人们很重要的助手。像物理学上著名的“宇称守恒定律山”被推翻，就是以-270T的超低温实验结果作为依据的。

5、诱人的幻想

有趣的是，科学家们正在研究生物在超低温时的“生命冷藏”问题。生物学家们曾拿金鱼做了一个实验：把金鱼用镊子从水里夹出来，等它表面稍微干一些以后，就把它头朝下插进液态空气里。金鱼立即冻得硬邦邦了。但是，经过10-15秒钟以后，再放回温水，金鱼竟然复活，摆动着它那轻纱般的尾巴，悠然自得地游来游去。金鱼这种复活现象，引起人们极大的兴趣。

使人感到奇怪的是，如果让金鱼的温度慢慢降低，降到零下100多摄氏度，它就再也无法复活，而快速地让它降低温度，却能够复活。

生物学家们经过研究，发现在慢慢冷却时，细胞中的水分结成冰。由于水的体积在4摄氏度时最小，所以结冰时水的体积膨胀，使细胞胀裂、死亡。可是，在快速冷却时，细胞中的水分很快结成冰，来不及膨胀，细胞没有受到破坏。

目前，人们正在探索着其中的奥秘，以便寻找一种延长动物和人的寿命的办法。比如，一下子把人或动物冷冻起来，使他们的生命暂时凝固。过了若干年，再升高温度，让他们复活，于是使他们能活更长的时间。有人设想，当试验成功之后，把它用于宇宙航行。这是因为星球与星球之间的距离，往往非常遥远。从地球上坐宇宙飞船飞到某些遥远的星球，要上百年、上千年以至上万年。坐着宇宙飞船到那么遥远的星球上去考察，人的生命是不够用的。科学家们想，当宇宙火箭起飞之后，就把宇宙飞行员用超低温设备迅速冷冻起来。当快到那个星球时，把温度升高，使人复活。当他完成考察任务之后，在返回地球途中，又用超低温冷冻。回到地球时，再重新复活。这么一来，人的生命就够用了。超低温世界，是一个奇妙的世界。人们探索不已，正在不断探寻着超低温世界的奥秘。

题外延伸：温度，本质是物体的分子平均动能的一种度量方式，也就是用摄氏度、华氏度、开尔文等热学计量单位来表达物体的分子平均动能。温度表达的是物体的总“热能”除以物质的量以后得到的结果。温度是代表物体分子平均动能大小的一种宏观度量.表示物体分子平均动能大小。
　　所有的分子都在作无规则的运动，对于任何一个物体来说，它的众多分子所拥有的速度都是不同的。同样的分子,速度的不同意味着动量和动能的不同。
　　动量和速度都是矢量，在考虑其大小的同时，还得考虑方向的不同，所以利用动能这不考虑方向因素的标量来说明一个分子运动得有多快，一个物体的分子运动有多快这种微观属性平均叠加起来就是物体的宏观属性之一——温度，有一种说法，绝对零度就是分子和原子的微观运动全部停止一个状态所表现的温度。

相邻物体的分子(尤其是紧靠在一起的)会互相影响，影响多了，一传十十传百，久而久之,相邻物体的分子平均动能就会被彼此改变，这就是热的传导。

人体作为一个物体，也逃不出热的传导的影响。
皮肤上的分子平均动能的改变导致的神经系统的感受不同，冷热程度这个东西于是被人构想出来。由此可见，冷热程度的概念本来就是建立在人体的感觉之上的，它的本质是物体分子平均动能大小。温度就是用来度量它的一种标尺而已。
“温度就是能量的影子。”既然温度是动能大小的一种度量，那实际上我们可以认定，温度就是能量大小在热这一领域的一种表示方式。
热辐射：能量是多种多样的也是可以互相转化的。

电磁波，又叫光，就是能量的一种形式。光子就是具有波粒二象性能量形式，当光量子与分子互相作用时，会改变分子的动能大小，此种微观的改变叠加起来，就表现为分子平均动能的变化——也就是温度的变化。这就是热辐射。

在微观粒子的运动中，这是一个完全由概率统治的世界，人类的每一次观测使用的能量对其微观层次的运动能造成影响，改变其概率，这也是量子力学领域的悖论，有兴趣的同学可以去深究一下光的双缝干涉实验、薛定谔的猫思想实验这些前沿理论！