向“低溫世界”進軍

初中數學開篇第一章，向同學們介紹了正、負有理數，使數的范圍擴大到了有理數。正有理數在生活中用得很多，但是一接觸到負數，大家對它就陌生了許多。其實，隨著現代科技的迅猛發展，負數已越來越多地進入了人類的生活。就讓我們來到“低溫的世界”，看一看負數在那里的廣泛應用吧。

低溫的世界就像童話里的世界，各種物質在低溫下會呈現奇特的景象：

1 地球上的低溫地帶

我國的最低氣溫為-50℃，中國最北的氣象站——黑龍江省漠河氣象站在1969年2月13日，測得氣溫為-52.3℃。世界上最不怕冷的花，是中國的雪蓮，在-50℃的嚴寒中，它也能盛開。

地球上的最低氣溫出現在南極最高峰——文生峰，這里年平均氣溫為-129℃。

人類早已踏上了月球，在月球的表面上，“白天”的溫度可達127℃。人陽落下后，“月夜”的氣溫競下降到-183℃。

-170℃中，最簡單的微生物能夠塵存，觀察表明，大腸桿菌、傷寒桿菌均能在-170℃下生存， 這可能是生命存活的低溫極限。

2 低溫狀態下的各種物質

在-190℃以下的低溫下：空氣會變成淺藍色的液體，叫做“液態空氣”；若把梨子在液態空氣里浸過，它會變得像玻璃一樣脆：石蠟在液態空氣里，像螢火蟲一樣發出熒光。如果把雞蛋放進-190℃的盒子中，能產生淺藍色的熒光，摔在地上會像皮球一樣彈起。在-100℃到-200℃的環境里，汽油、煤油、 水銀、酒精都會變成硬邦邦的固體；二氧化碳則變成了雪白的結晶體，平時富有彈性的橡皮變得很脆，鋼鐵也變成了“豆腐”；酒精會變得像石頭一樣硬，塑料會像玻璃一樣脆；鮮艷的花朵會像玻璃一樣亮閃閃，輕輕地一敲，發出“叮當”響。從魚缸撈出一條金魚放進-190℃的液體中，金魚就變得硬梆梆，晶瑩透明，仿佛水晶玻璃制成的工藝品，再將這“玻璃金魚”放回魚缸的水中，金魚說不定會復活。

3 低溫技術在醫學上的應用

人的骨髓在-50℃的條件下， 可保存6～12個月。日本一家公司不久前開發了一種制冷達世界最低溫度-152℃的冷藏柜。這種冷藏柜可以應用于保存人體細胞和血液，還可以應用于超導體領域。目前這種冷藏柜已成批投入生產。

1967年1月，美國著名心理學家詹姆斯·貝德福特在得知自己患了肺癌這個絕癥時，便下了決心，把自己所有的存款投入醫院，請求將他冷凍處理?？茖W家們把他的體溫降至-73℃，用鋁箔將身子包了起來，裝進低溫密封儲藏倉，最后用-196℃液體氮急劇降溫，幾秒以后，貝德福特的身體變得象玻璃一樣脆。貝德福特曾留下遺言：希望人類有一天能征服癌癥，并且能找到將冷凍的生命復活的方法，使他能從密倉里活著走出來。據說，現在美國已有300多個期待復活的冰尸。

4 低溫技術對工農業生產的幫助

人們利用許多物質在低溫下變脆這一特性，發明了—種低溫粉碎技術?，F代城市中允斥著各種廢物， 如廢汽車、廢輪胎、廢塑料、廢鋼鐵等，用低溫下液氨冷卻處理后，這些物質的抗沖能力大為降低， 呈現脆性龜裂，給粉碎創造了極有利的條件。這種低溫粉碎方法用于粉碎肉類，可做到骨、皮、肉一次性干凈利索地分離。

低溫技術還是農業生產中除蟲滅害的得力助于。人們以往在田鼠洞穴中注入化學農藥滅鼠，此方法不僅花錢多，且會使土壤受損。改用低溫農藥后，將少量液氨注入鼠穴中， 由于低溫液氨是高壓縮狀態，釋放之后，在穴中其體積急速擴大700~800倍，隨即氣化后的氨以相當快的速度從洞中向外推出，把穴中的空氣排凈，致使田鼠窒息而死。低溫農藥無害、快速、有效， 已引起廣大農民的關注。

低溫技術還能快速打澇沉船。常規打撈沉船的方法是將高壓氣體壓入，使船內積水排出，沉船得到浮力而露出水面。這種打撈法要花一整天的時間。采用低溫打撈，只要向船艙灌入液氨，低溫液氨便會迅速膨脹，高壓氣體泵將使艙內積水迅速排出。

英國一家低溫公司將船只沉入英吉利海峽9米深的海水中，然后把近20升液氨壓入沉船艙內，僅用30秒鐘，就使沉船露出了水面。隨著科學技術的迅速發展，低溫世界將更多地為人類造福。從食品保存到生命冷凍，從工業生產到尖端超導技術等各個方面，都會有低溫世界的奇跡。

5 低溫超導現象，人類進步的又一個里程碑

在電能傳輸過程中， 由于導線電阻的存在，都要產生熱效應， 白白地消耗了電能，還會給機器、設備造成損害，科學家們千方百計地尋找電阻很小甚至為零的導體輸送電能。1911年，科學家發現在4.2K附近，水銀的電阻突然消失，這時水銀進入了一種新的狀態， 電阻變為零，這種特殊的導電性質的特質狀態，稱為超導態，此現象就是通常所說的超導現象。

具有超導電性的物質叫超導體，超導體電阻突然變為零的溫度叫超導臨界溫度。至今已發現有28種元素、幾千種合金和化合物是超導體。超導體進入超導狀態時，不僅其內部電阻為零，而且導體內的磁場也為零，表現出完全的抗磁性。

超導現象這一偉大的發現，促使人們去挖掘物質世界中超導電性所隱藏的最神秘的寶藏。

長期以來，超導體只能在低溫液氦區(4K左右)工作，這需要許多低溫設備和技術，費用很高且不方便，從而限制了超導體的應用。人類一直在探索把超導臨界溫度提高到液氮溫區(77K)以上的辦法，這就是高溫超導研究。

1986年高溫超導研究取得了突破性進展，科學家相繼發現了許多高溫超導物質。現在高溫超導體的臨界溫度已達到130K左右，使超導體己走出了液氦的陰影。

目前，超導技術在許多重要領域中得到應用，如超導磁體、超導加速器、超導電動機等。但超導的廣泛應用還要克服許多障礙，超導世界的奧秘有待進一步揭示。

有位超導專家說過：“如果在常溫下， 例如300K左右能實現超導電現象，則將使現代文明的一切技術發生變化?！笨茖W家正在超導世界中探索性能更好的高溫超導材料，不久的將來，超導將在能源、通信、計算機、醫療、交通各個領域中大顯身手，造福人類。