超低温斗法-迈向绝对0度

中原

超低温斗法

——迈向绝对零度

　　　　　　　　　　　　　于鱼/文

冰冻挑战书

　　森林里住着两个寒冷精灵——蓝鼻子哥哥和红鼻子弟弟。一天，两个精灵在树林里游逛，看到一位穿裘皮的商人和一位棉衣单薄、准备砍柴的樵夫，他们雅兴顿起，要比一比谁的冷冻能力强。红鼻子弟弟选择了那位衣着单薄的樵夫作为目标，认为他穿得少，冻僵他不费吹灰之力；而蓝鼻子哥哥微微一笑，直奔坐在马车里身着厚厚裘皮的商人。

　　蓝鼻子哥哥吹出刺骨的寒风，钻过裘皮缝隙，直逼商人体肤，商人感到好冷，紧紧裹住裘皮大衣，缩成一团，但大衣裹得再紧，都是有缝隙的，不久商人就被冻僵了。冻僵了商人，蓝鼻子哥哥神气十足地来看红鼻子弟弟，不出他所料，红鼻子弟弟非但没有把樵夫冻僵，反而自己有些焦头烂额了：红鼻子弟弟吹出的任何冷风都被飞舞的斧头和飞扬的木屑驱散，被樵夫散发出的热量抵消。樵夫不但没有被冻僵，反而热得汗流浃背，把棉衣都脱了。

　　看到大功告成的哥哥，红鼻子弟弟只好不甘心地放弃了樵夫，但红鼻子弟弟不服气，这并不能说明哥哥比我的冷冻能力强，而是选对了人而已。于是红鼻子弟弟提出：听人类说，绝对零度不可超越，那么我们就向绝对零度进军，谁先到达绝对零度或距离绝对零度最近，谁就是最后的胜利者。

　　第一次挑战达成协议后，红鼻子弟弟赶快行动，他听说人类的冰箱很厉害，能够把水冻成零下30多度的冰坨，于是他开始学习冰箱的冷冻原理。他找来一种叫做氟利昂的气体，放到自己的袋子里，学着人类压缩机，对氟利昂进行压缩，压缩过程中会散发热量，红鼻子弟弟吹出一口冷气，就把热量吹走了，被压缩和降温的氟利昂变成了液体。然后他在袋子上刺了一个小孔，让液体氟利昂从小孔中流了出来，由于袋外压力较低，氟利昂迅速膨胀，致使自己所住的房间温度急剧降低，用人类的温度计一量，零下30℃！红鼻子弟弟赶快把膨胀吸热后气化的氟利昂收集起来，邀来蓝鼻子哥哥看他的表演。蓝鼻子哥哥看后，只是微微一笑。蓝鼻子哥哥拽着红鼻子弟弟来到他的院子，随意收集了许多廉价的空气，装了几十个口袋。他也是学着人类的压缩机的原理，把这些空气同时压缩到200个大气压，并吹出一口冷气，把压缩产生的热量吹走了。然后他来到室内，把其中的一个压缩袋打开一个小孔，空气迅速膨胀而出，室内温度和十几个压缩袋的温度迅速下降到0℃。压缩袋内的空气压力由于温度的下降，压强也下降了，蓝鼻子哥哥随时压缩这十几个压缩袋，让袋内压力保持200个大气压。一个压缩袋的气体放完了，蓝鼻子哥哥又刺穿了另一个压缩袋，原本温度为0℃的空气急剧膨胀，使其他压缩袋和室内温度迅速向零下20℃逼近，这个过程中，蓝鼻子哥哥还是保持其他压缩袋内的空气压力在200个大气压。然后，蓝鼻子哥哥又刺穿了第三个压缩袋，温度继续下降。如此，一个个压缩袋内的空气被这样通过小孔放出来了，温度不断地下降，最后几个压缩袋内的空气竟然已变成了液体！当几十个压缩袋内的空气全部放完后，室内的温度已经降到了零下200℃左右。

　　红鼻子弟弟简直看呆了，暗暗佩服蓝鼻子哥哥好聪明，这时蓝鼻子哥哥却用钦佩的口吻说：“这是人类的循环制冷技术，人类用这种方式来使空气液化，并获得可观的低温，当然，人类的压缩机和循环设备并非我做的这么简单。”

　　红鼻子弟弟不禁赞叹：“人类用一个小孔就可以获得降温，真是太聪明了。”蓝鼻子哥哥告诉他，人类把这个方式叫做节流膨胀，其中的关键是，小孔的内外必须保持一定的压力差。

第二次挑战

　　对，继续跟人类学习！红鼻子弟弟又去寻觅人类的高超制冷技术。他很快找到了“绝热去磁法”，这个方法厉害，可以把温度下降到10-3K的温度。红鼻子弟弟的学习能力还是比较强的，他很快学会了这个技术和原理。

　　只见他首先利用气体氦的循环制冷技术，达到了零下271.85℃的温度，也就是1.3K，他直接冷却的是电阻温度计（物质在不同温度下的电阻不同，利用这个性质来测量温度）。现在要利用绝热去磁法继续冷却温度计，他把1.3K的电阻温度计放入充满氦气的瓶子里，瓶子里还装有顺磁盐，这是一种在磁场下会被磁化的盐，在磁场作用下，分子会转动，使自身磁场与外磁场方向一致。然后，他给整个瓶子加上磁场，顺磁盐被磁化，放出了一定的热量，这个热量被瓶内的氦气吸收，然后氦气被抽走。之后，撤去磁场，由于顺磁盐分子又转回原来的方向，重新变得杂乱无章，吸收了周围的热量，使温度计的温度下降到了极端的10-3K。

　　红鼻子为自己能做到的奇迹而欢喜，他想，这次蓝鼻子哥哥该认输了吧。可是当看看蓝鼻子哥哥还是微微一笑时，他心里又开始发毛。只见蓝鼻子哥哥也是用循环制冷方式把氦冷却到液体状态，然后继续冷却，当温度达到0.827K以下时，液体氦中出现了一条分界线，然后蓝鼻子哥哥开始袖手旁观，只见液氦温度自动地继续下降，温度居然达到了1.5×10-3K。

　　还是哥哥的方法简单！蓝鼻子哥哥解释：“氦有氦-3和氦-4两种，在0.827K以上时，这两种分不开，而0.827K以下时，液氦就分成了两部分，富含氦-3的部分和富含氦-4的部分，而氦-3可以通过界面慢慢进入另一部分，就像普通液体通过液面蒸发成气体一样，要吸热致冷。这叫稀释制冷，这种制冷方法也是人类常用的。”

　　“继续看着。”当温度达到0.32K时，只见蓝鼻子哥哥把氦-3取出加压，这时，液氦变成了固态，也使周围温度很快下降到了10-3K，“这是液氦制冷的另一种方式，叫坡密朗丘克致冷法，这是因为氦-3凝固要吸热。”

　　“还有更绝的呢！”蓝鼻子哥哥从人类的实验室偷来六个激光发射器，前后、左右、上下两两相对，打开激光器，6束激光同时对向一个点，蓝鼻子哥哥随手抓来一些铯原子，放在那个点上。只见那些铯原子开始还剧烈无规则地振动，但它们好像处在粘液中一样，向哪个方向振动都会被粘住：向前振动，前面的激光束推它，后面的激光束拉它；向左振动，左面的激光束推，右面的激光束拉；向上振动，同样也被上下的激光束推拉住。折腾了没一会，铯原子们就像陷入绝境的困兽，乖乖地安静了下来。“温度就是这些原子的振动引起的，这些原子老实了，温度就会很低了，咱们来测一测这些原子的温度。”

　　蓝鼻子哥哥拿来一个可以发射片状激光束的激光器，把那6束激光关掉，铯原子们开始下落，同时，这些原本集中在一起的铯原子们开始分散，像一团膨胀的云一样，这种膨胀速度与原子们的初始温度有关。蓝鼻子哥哥打开刚拿来的那个激光器，激光像一把薄薄的刀一样横切过来，随时记录原子云的半径，测出原子云膨胀的速度。蓝鼻子哥哥又找到科学家已经测出的这个膨胀速度所对应的温度，他高兴地对弟弟宣布：“这些铯原子的温度曾经降到10-6K！”

第三次挑战

　　红鼻子弟弟很是郁闷，又一次输给了哥哥。他回去潜心研究更简单、更低温的制冷方法。而蓝鼻子哥哥虽然胜过了红鼻子弟弟，但他觉得弟弟的方法很独特。回去也研究弟弟的方法，他发现10-3K时，虽然分子内电子的自旋轴方向基本一致了，但原子核的自旋还是杂乱无章的，于是他从人类的超导实验室偷来磁场极强的磁体，这种强磁场能使原子核的自旋轴方向基本一致，也就是原子核也被磁化了。当释放的热量被抽走后，撤去磁场，原子核的温度能降到10-5K，再用强磁场作用一下，撤去磁场，原子核的温度竟然能达到10-8K！

　　他搜寻了一下人类的研究成果，原来人类早已利用过这种方式。只是这种方式并不实用，只能冷却原子核的温度，电子的温度还达不到那么低。

　　他正要去找红鼻子弟弟，这时红鼻子弟弟也找他来了。他顺便给红鼻子弟弟讲解了他的研究，这时，红鼻子弟弟微微一笑，泰然地带着哥哥到了他的房间，利用哥哥用过的激光器使铯原子们达到10-6K后，　把这些原子置于磁场陷阱（被偷来的）中，原子在其中就像处于深井中，不能随意运动，但是振动相对剧烈的原子会更容易逃离陷阱，随着这种逃离，留在陷阱中的铯原子们的温度就越来越低，就像水分子逃离水面，会吸收周围分子的能量而使温度下降一样。经测量，留在磁陷阱中的铯原子们的温度竟达到了10-9K！

　　蓝鼻子哥哥为弟弟的成果和简便的方法惊呆了，“我输了，”蓝鼻子哥哥说。这时红鼻子弟弟不好意思了：“这个蒸发冷却法也是从人类那儿学来的，咱们之间的输赢都是人类智慧之间的较量。据说人类现在所能达到的最低温就是这个了。绝对温度真是个谜，人类研究了多少年，现在距离0K就剩10-9K，但还是突破不了，不知将来是否能够突破它。”
“嗯，咱们的较量到此结束，静观人类的努力吧。”

982269582

挺不错的，长知识了

白痴

天啊 .  那该有多冷阿  ..
  什么都冻的..