绝对零度有多可怕？科学家用物理降温法挑战绝对零度，大力出奇迹

夏天炎热冬天寒冷，吃到烫的东西会吐舌头，而冰的则会让你打哆嗦，温度的变化给人体带来的影响非常直观，而在科学上，有一个概念叫作“绝对零度”，它并不是字面意义上的零度，而是-273.15℃，如此低的温度只存在于理论中，在现实中却根本不可能达到。那它又是如何被发现的呢？

这要追溯到遥远的1702年，法国物理学家纪尧姆·阿蒙顿尝试去探索低温的极限，他改进了一种通过空气来测量温度的水银温度计，温度的变化会使温度计内空气的体积发生变化，水银因此而移动，刻度就会有所不同。他发现这个温度计的最低值也就是零点在-240°C左右。到了1785年，法国的物理学家雅克·查尔斯开始研究温度的变化对气体压强和体积的影响。他发现：在气体体积不变的基础上，温度每降低1°C，压强就会降低一个数值，而这个数值刚好是压强在0°C时的1/273这么多。以此推算，当温度到达-273°C时，气体压强为0，直接变为真空状态。因此，这也是在现实中无法达到的理论数值。

在此之后，英国的开尔文爵士威廉·汤姆森，同时他也是一位物理学家，在前人打造的基础上，威廉解释了物体内分子运动完全停止，内能降到最低数值0的状态，正式提出了绝对零度的概念。但只有理论还远远不够，科学家们对如何在实际情况下实现绝对零度非常感兴趣，一场旷日持久的挑战开始了。

1845年，英国物理学家和化学家迈克尔·法拉第制备出了最低温度达到-130°C的液态气体。他的方式并不复杂，只是用了初级的压缩和冰浴，这也导致了一个问题，那就是比较顽固的氧气、氮气、氢气等气体，在当时都无法被压缩成液态。不过科技一直在进步，19世纪70年代末期，法国科学家路易斯·保罗·卡耶泰利用焦耳-汤姆森效应制取了液氧和液氮，两者的最低温度分别为-183°C和-196°C。

但在当时，液态的氢气仍然无法被制取出来，在理论上，环境温度要达到-250°C，氢气才可能成功液态化。苏格兰科学家詹姆斯·杜瓦尝试去挑战这一项目。他的方案是先在常温下压缩液化A气体，在A气体获得低温后，接着冷却更难被液化的B气体，在B气体获得低温之后，再冷却相较于B气体更难被液化的C气体，以此类推，在理论上最终能达到足以让氢气液化的低温。

在这个方案中，杜瓦依次使用了氯甲烷、乙烯、氧气和氢气。初步制取的液氢温度为-205°C，为了达到更低的温度，杜瓦将液氢通入膨胀管，再观察数据的变化，最终达到了-252°C的低温。杜瓦的方案之所以能成功，先进的仪器装备至关重要。在他之后，荷兰科学家昂内斯沿用了杜瓦的设施，彼时，一种全新的惰性气体氦气才被发现并制取出来，于是昂内斯尝试制取液态的氦气。他成功了，液氦的温度达到了-268.95°C，打破了科学史上的最低纪录。这一成果让昂内斯拿到了诺贝尔奖，这也是现实中最为接近绝对零度概念的温度。

这个最接近绝对零度的低温，能让很多物质表现出前所未有的状态。而我们在现代社会中所使用的各种制冷电器比如冰箱和空调，原理也都与它有关。前人栽树后人乘凉，我们能享受到现代科技带来的便利，离不开数百年前这么多科学家的贡献。只是可惜，他们的一生都致力于研究制冷，却没用上冰箱和空调。希望你在打开冰箱和空调的时候，还能想起他们做出的努力。