你不知道的花式降溫法

降溫可是一門大學(xué)問，從古至今，從國內(nèi)到國外，人們?yōu)榱私禍兀肓撕芏噢k法。最簡單也最直接的莫過于大自然的饋贈——冰塊。可是，如何在炎炎夏日得到冰塊呢？古人創(chuàng)造出兩種辦法：藏冰法和硝石制冰法。藏冰法就是將冬天的冰塊儲藏起來；硝石制冰法則是利用硝酸鉀溶解吸熱的原理，將硝石扔到水里，隨著硝石的溶解，水慢慢降溫，凝結(jié)成冰。這個方法起源于唐朝，促成了中國古代冷飲行業(yè)的興起。

在相當長的一段時間內(nèi)，冰塊在人類制冷領(lǐng)域一枝獨秀，此時的低溫也不過是零攝氏度。直到近代液態(tài)分離空氣法的發(fā)現(xiàn)，人們在制冷方法上才有了更多選擇，溫度也達到了零下攝氏度。此后，制冷的發(fā)展有了兩個方向：一個是零上攝氏度至零下幾攝氏度之間的制冷方式的優(yōu)化，可以用于空調(diào)和冰箱；另一個是不斷追求更低的溫度，研究物質(zhì)低溫下的性質(zhì)。

這個聽起來似乎屬于科研的范疇，但其實并沒有那么復(fù)雜。在制冷中，液態(tài)氣體和冰塊十分類似，都是通過相變制冷來降溫。現(xiàn)在實驗室中最常見的制冷方法就是利用液氮和液氦做相變制冷。在接受了液氮和液氦之后，很多存在臨界溫度的現(xiàn)象就有了判別的標準。例如，某種材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度在77K（開爾文）以上，那它就是一種高溫超導(dǎo)體，因為只需要液氮就可以讓它轉(zhuǎn)變至超導(dǎo)態(tài)，不用其他復(fù)雜的、昂貴的制冷系統(tǒng)，這對研究人員來說實在是太好了。

除了利用液態(tài)氣體進行相變制冷之外，還有利用固態(tài)制冷劑的相變制冷，利用節(jié)流、放氣過程的膨脹制冷，以及熱電制冷、輻射制冷、吸附制冷等制冷方法。這些方法各有優(yōu)劣，有著不同的應(yīng)用場景，都為人類的低溫研究做出了貢獻。

熱力學(xué)第三定律告訴我們：絕對零度是無法實現(xiàn)的。那么，是否有辦法逼近這一溫度呢？利用液氦做相變制冷能達到更低的溫度，但實際操作所能達到的下限也只是0.4K（開爾文）。這時，磁致冷、稀釋制冷、激光制冷等方法就出現(xiàn)了。

磁致冷利用的是磁熱效應(yīng)：在磁場施加與除去的過程中，磁性離子系統(tǒng)會分別出現(xiàn)放熱與吸熱的現(xiàn)象。當系統(tǒng)滿足絕熱去磁條件時，便可以構(gòu)造卡諾循環(huán)，實現(xiàn)制冷，其原理便是超流4He稀釋3He吸熱，實現(xiàn)制冷。目前，商業(yè)化的稀釋制冷機可以實現(xiàn)5mK（毫開爾文）的極限制冷。更厲害的是激光制冷技術(shù)，它直接把溫度拉低到百萬分之一開爾文！不過這種技術(shù)目前只適用于實驗室，沒有商業(yè)化的應(yīng)用。

人們?yōu)槭裁床粩嘌芯康蜏兀朕k法逼近絕對零度呢？一方面，是因為很多物態(tài)只有在低于轉(zhuǎn)變溫度時才會展現(xiàn)。比如超導(dǎo)，材料在低于一定溫度時，電阻會突然消失，進入超導(dǎo)態(tài)。另一方面，由于微觀粒子的熱漲落運動，很多微弱的現(xiàn)象、粒子被掩蓋，人們無法在高溫環(huán)境下觀察到。這種時候便需要在低溫環(huán)境中才能觀察，比如分數(shù)量子霍爾效應(yīng)。

可以預(yù)見，在未來還會出現(xiàn)很多人們想象不到的花式降溫法，給生活、生產(chǎn)帶來無限便利，讓我們拭目以待吧！