登陆注册
7418900000026

第26章 永远达不到的绝对零度

地球上的低温记录出现在南极,最低曾达到-88.3℃,比月球的温度还要低一些,背太阳一面最低达-183℃,离太阳最远的冥王星,估计温度在-240℃以下。有人推测宇宙间超冷区的温度,大体上是-273℃,到了这个温度,物质分子平均内能将降低到零,热运动完全停止。世界上所有气体的压强(体积一定时)或者体积(压强一定时)都要化为乌有。这是物质系统能量达到最小的温度,所以,-273℃(精确值是-273.16℃)便被称为绝对零度。

究竟存不存在一个绝对零度?我们能不能达到这样低的温度?这件事引起了许多科技工作者的兴趣,他们开始了向绝对零度进军。

在19世纪20年代,法拉第首先发现:在相当低的温度下,给某气体施加足够大的压力,就会使它们变成液体,这些液体一旦制成,又成了一种极好的冷却剂。因为当它们在减压条件下蒸发而变成气体的时候,会从周围环境吸收热量,使温度降得更低。经过十几年的努力,物理学家获得了-110℃,使当时已知的很多气体冷却为液或固体。但就是在这样的低温下,有些气体仍不能变成液体。如氢、氧、一氧化碳、一氧化氮、氦等,所以,人们把它们称为“永久气体”。

为什么永久气体不能被液化呢?科学家发现,任何一种气体都有一个临界温度,高于这个温度,无论施加多大压力也不会被液化。这是因为气体分子间既有排斥力,又有吸引力;气体的种类不同,分子吸引力的大小也不同。永久气体之所以不能被液化,就是因为分子间的吸引力很小,不易被液化,究其原因是临界温度很低。要想液化永久气体,必须获得更低的温度。

一个世纪以前,德国科学家林德等人采用压缩——绝热膨胀法和抽除液面蒸气法,获得了氧气和氮气的液滴。他们的试验是这样进行的:往容器里装进气体,施加高压,气体体积缩小,分子运动加快,温度上升,接着通过冷却剂的蒸发吸热,带走热量,把受压气体冷却到原来的温度。最后断绝容器热量的出入,让受压气体通过狭窄的口子急剧膨胀,对外作功,由于得不到外界热量供应只好消耗自身的内能,这样就可以得到很低的温度。如果把液化了的气体密封到一个容器里,让他蒸发,并在蒸发的过程中抽掉液面上的蒸气,也就是夺走运动最快的分子,实行多级串联,一级一级地逐次进行,就可以把温度降得更低。林德等人把这两种办法结合起来使用,不但获得了液化的氧气、一氧化碳和氮气,而且还创造了-225℃的低温记录。1898年,苏格兰化学家杜瓦正根据压缩——绝热膨胀原理,在-253℃的低温下液化了氢气。一年后,又用抽除液面蒸气法得到了固态氢,达到了更低的低温-261℃和-263℃。

荷兰物理学家翁内斯花费了半生的精力,终于在1908年,把最顽固的氦气转化成了液体。在液化氦气的同时,还发现了一些物质在超低温下的奇异性质,比如超导现象和超流现象,这些发现,鼓舞着科学家继续向绝对零度进军。

1925年,荷兰物理学家德拜找到了一种获得超低温的新方法——绝热去磁法。把一种顺磁物质放到IK的液氦上边,加一个强磁场,使顺磁物质分子从杂乱无章到按磁场方向整齐排列,会放出一部分热量,这热量让液氦带走。接着在不让热量传入的情况下突然把磁场去掉,顺磁物质的分子从整齐的有序的排列恢复到无规则状态,同时消耗自己的热量,于是液氦的温度进一步下降了。后来美国化学家吉奥克改进这种方法,反复进行这个步骤,于1957年,创造了0.00002K的低温新纪录。

后来,德国物理学家伦敦又发明了氦3和氦4淡化致冷的新技术——稀释致冷法。氦3和氦4是氦的两种同位素,它们通常是混合在一起的,当温度降低到开氏零点几度时,它们会分成两层:氦3主要在上层,其中溶解有氦4;氦4主要在下层,其中溶解有氦3。温度进一步降低,上层里氦4越来越少,最后等于零,但是下层里的氦3却始终保持着一定浓度。如同抽除液面蒸气法一样,人们从下层抽去活泼的氦3“蒸气”,上层的氦3就会“蒸发”下来补充。结果使整个氦液的温度下降。如果连续反复进行这个过程,使氦3不断从上层移向下层,液氦的温度就能不断降低。

由于使用了一系列的“降温”新技术,现在人们已经获得了0.0000001K的最低温度,距离绝对温度就剩下千万分之一度了。只要再努一把力,不是就达到了吗?

可是,德国物理学家斯脱却为这种努力泼了一瓢冷水,他指出,用有限的手段使物体冷却到绝对零度是不可能的。有人还说,这个温度永远也达不到。但科学家并没有放慢向绝对零度进军的步伐。

同类推荐
  • 导弹百科(世界科技百科)

    导弹百科(世界科技百科)

    科学是人类进步的第一推动力,而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代,科技的发展、人们生活水平的不断提高,为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机,大力普及科学知识,传播科学精神,提高青少年的科学素质,是我们全社会的重要课题。科学教育,是提高青少年素质的重要因素,是现代教育的核心,这不仅能使青少年获得生活和未来所需的知识与技能,更重要的是能使青少年获得科学思想、科学精神、科学态度及科学方法的熏陶和培养。科学教育,让广大青少年树立这样一个牢固的信念:科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象,研究和掌握新规律,它是创造性的,它又是在不懈地追求真理,需要我们不断地努力奋斗。
  • 青少年应该知道的经营知识

    青少年应该知道的经营知识

    《青少年应该知道的知识小百科》共12册,是专为中国青少年量身定做的一套全方位知识图书。《青少年应该知道的知识小百科》涵盖了青少年成长过程中不可或缺的历史、科技、军事、文化等不同领域知识精华。本丛书旨在启发青少年学习积极性,积极引领中国青少年朋友走向未来,使青少年朋友们能够在轻松与快乐中学习知识、健康成长,是广大青少年学习新知识的理想读物。而这本《青少年应该知道的影视艺术知识》更是系统全面讲解影视知识,使青少年轻松学会。
  • 趣味地理:激起你的冒险欲望

    趣味地理:激起你的冒险欲望

    本书为读者呈现了一个个奇幻的世界,让读者感觉到世界是如此美妙,世界的山川景色是如此壮观。此外,本书还介绍了许多有趣好玩的地理知识,让读者在阅读中感受冒险与激情。
  • 人类危机之温室效应(青少年身边的环保丛书)

    人类危机之温室效应(青少年身边的环保丛书)

    本书由谢芾主编,是一本自然科学类读物。环境问题的实质是社会、经济、环境之间的协调发展问题以及资源的合理开发利用问题。本书包括了人类生活、自然和生态等各种关系的方方面面,从而让青少年了解环境保护对我们的重要性,以环境保护为己任。在《人类危机之温室效应》里,既有令人感动的环保故事,又有深刻实用的环保知识,它会使我们每一个人都能成为一名守护地球家园的忠诚卫士。
  • 宝藏未解之谜(世界未解之谜精编)

    宝藏未解之谜(世界未解之谜精编)

    本书是《世界未解之谜精编》系列之一,该系列精心收集了众多千奇百怪、扑朔迷离的世界未解之谜,内容涉及宇宙、生物、地理、飞碟、人体、恐龙、宝藏、百慕大、历史、金字塔、文化等多个领域,书中令人耳目一新和不可思议的未解之谜,给予了人类新的思索。人类究竟创造了多少奇迹,又留下了多少谜团,有待我们进一步探索和研究……我们深信,通过不断的努力,未知一定会变为已知。让无数探寻声化做利刃,刺破一桩桩人类千年未解之谜。
热门推荐
  • 季羡林谈人生

    季羡林谈人生

    季羡林的思想像一本厚厚的百科全书,读之使人明智,而他的品格却像一目见底的清水,大德大智隐于无形。 《季羡林谈人生(典藏本)》是季羡林先生于2006年亲自授权、审定的经典畅销书,集中精选了季羡林先生谈人生智慧的文章。时值季羡林先生诞辰103周年,当代中国出版社在原来《季羡林谈人生》的基础之上,循着季羡林先生的思想轨迹,精编精选了季先生关于人生智慧的文章,精心设计出版了《季羡林谈人生(典藏本)》。季羡林先生愈行愈远,而他的人生智慧对读者的影响却愈久弥深。
  • 王战

    王战

    这是一个类似于地球的世界,这个世界没有国家只有一个联邦政府。这里有灵力,有武者,有妖兽。七色之王,凌驾于众多武者之上的巅峰存在,一日,名为‘七宗罪’的七个黑衣人自称将‘红之王’杀害,这到底是真还是假?七色之王间到底有何关系?又是谁在背后策划着这一切?
  • 至玄尊

    至玄尊

    当世上,群雄争锋,无数强者演绎着自己的传奇。繁世中各种职业衍伸,伴同这有一群人,他们普遍到几乎被世人遗忘。他们叫--锻造师!除了他们之外没有人真正了解什么是锻造师,也没有人了解锻造师之中被封为天之宠儿的人有怎样的能力。无魂的少年无父无母,自幼伴生半块残玉,自燕城走出,带着一双诡异的眼睛闯荡这偌大玄域大地!
  • 道门女侯之血色飘香

    道门女侯之血色飘香

    误中迷香,古屋中出现的昏睡男女,一起起诡异的脱衣事件,神秘失踪的警界精英,人间蒸发的奇怪家族,一时弄得人心惶惶。为解开这一系列的谜团,欧阳雪和她的伙伴们踏上了寻秘探险之路。随着事件的深入,乡下小镇笼罩层层迷雾。三百年前茅山道长的制邪秘术,不为人知的禁地奇书,封沙诡影的宏大场面,这仅仅只是一个开端……
  • 耀署光明

    耀署光明

    封印破除,万古妖灵放出,俯身一狼妖,屠戮耀裔,耀裔村村长为一血脉留存,不惜牺牲自己的性命,开启时间通道,将血脉传送到了现代。耀裔们在这动荡的社会,提防阴四象,意图改变千年前的一幕。
  • 瓜坏,籽不坏

    瓜坏,籽不坏

    《瓜坏,籽不坏》所收作品,多为往事旧话。所涉猎的人物,有帝王将相,历史伟人,也有贩夫走卒,才子佳人,市井百姓。书中的故事,有些来自民间传说;有些借助于地方掌故;有些演绎了江湖段子;有些纯属于作者道听途说,做了艺术加工。但,每个故事都讲得妙趣横生,跌宕起伏,神乎其神!每个故事的背后,或正直或邪恶或清廉或贪婪或惊奇或趣然,皆不乏对生活哲理的探求与陈规陋俗的贬抑。作者以小说家的语言,把玩这些故事,其文字简约,笔法娴熟,开阖有度,节奏轻快,读来如品茶饮酒,颇具韵味。
  • 前世今生之旅

    前世今生之旅

    本书介绍了主人公叶隐,为完成师傅所交代的任务,穿越到过去的时空,去帮助那些纠缠不清的人,可......谁能说得清楚在的乱世之中,每次的相遇不是一种缘分?在这途中,有喜有悲,一切的一切都是一个未知的迷......
  • LOL之巅峰之路

    LOL之巅峰之路

    首先说明故事从S6开始,不说自然之力这些东西,不搞怀旧有着‘联盟曙光’之称的星辉高中电竞部,有着部员过百人,全国高中联赛三年卫冕的电竞豪门,在其光辉的历史中,有五个人以绝对的技术为星辉高中赢得了史上唯一的一个大满贯,而后他们被称为‘王者的荣光’。五人之中,被誉为‘诸神黄昏’的Dusk曾经率领五人与国内第一强队SKG交手,因从其手中赢得一场胜利而被奉为神话。但高中毕业后,五人相继离开,被各个大学的俱乐部给招去。而身为队长的Dusk更是收到邀请无数,但由于家里的原因,他被迫选择学业而放弃了电竞,来到了一个没有电竞部的名牌大学。可是血液里流淌着的荣光真允许他就此离开吗?
  • 金丹正宗

    金丹正宗

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 美女老板爱上我

    美女老板爱上我

    只因他有一手绝活,引来无数美女青睐,有警花,有护士,有白领,甚至……貌似美女老板看自己的眼神也有些不对,不会吧,难道她也爱上我了?