寒冷的秘密你知道多少

文筠

－273.15℃，沒(méi)有比這再冷的了

－273.15℃，無(wú)論你用多少冰塊都沒(méi)法得到比這更低的溫度。這是絕對(duì)零度，寒冷的極致。

有時(shí)我們會(huì)說(shuō)“絕對(duì)零度”，而不是－273.15℃。事實(shí)上，它們是同一個(gè)意思。為了方便，物理學(xué)家比較喜歡使用以一位英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文的名字命名的“開(kāi)氏溫標(biāo)”。這個(gè)溫標(biāo)來(lái)源于可能出現(xiàn)的最低溫度。這就是為什么－273.15℃相當(dāng)于0K（開(kāi)爾文），而0℃相當(dāng)于273.15K。

一個(gè)名叫紀(jì)堯姆·阿蒙東的法國(guó)人，第一個(gè)假設(shè)了極限溫度的存在。1703年，他發(fā)現(xiàn)降低密封瓶中一定體積的空氣的溫度，瓶中的氣壓也會(huì)隨之降低。他由此推斷溫度降得越低，氣壓也就會(huì)越低，直到為零。然而氣壓代表的是外部大氣對(duì)一個(gè)表面的作用力，它不可能為負(fù)數(shù)。一旦降到零，它便無(wú)法再低，這時(shí)它所對(duì)應(yīng)的溫度也同樣無(wú)法再降。阿蒙東推算這個(gè)溫度為－240℃左右。

在高于絕對(duì)零度的溫度下，組成物質(zhì)的原子充滿(mǎn)了活力，它們非?；钴S；當(dāng)我們把溫度降到－273.15℃時(shí)，原子們都靜了下來(lái)。科學(xué)家把這一狀態(tài)稱(chēng)為它們的能量基態(tài)。

為什么溫度不能降得更低？以－273.15℃的冰塊為例，你還能把它的溫度再降低嗎？即使是最優(yōu)秀的物理學(xué)家也無(wú)法做到這一點(diǎn)。因?yàn)橐粋€(gè)物體要冷卻，必須以熱量的形式出讓一部分內(nèi)部能量。熱量實(shí)際上是兩個(gè)物體傳遞能量的“錢(qián)幣”。想知道熱量從哪里傳向哪里，只需要比較兩個(gè)物體的溫度。然而，一個(gè)溫度為－273.15℃的物體無(wú)法出讓熱量，它沒(méi)有足夠的內(nèi)部能量可供出讓?zhuān)瑑H剩的那一點(diǎn)只夠維持它自身的存在。它唯一能做的是接受熱量，也就是回暖。

匪夷所思的寒流世界

在極低的溫度下，物質(zhì)會(huì)改變它們?cè)械臓顟B(tài)。氣體和金屬會(huì)變成超流體和超導(dǎo)體，并且表現(xiàn)得十分怪異……

想象中，我們將前往酷寒之地——約－270℃的深寒世界。在那里，我們和一種液體有約，那就是氦?；蛟S你比較熟悉它處于氣態(tài)時(shí)的樣子，就是這種氣體帶著氣球從千家萬(wàn)戶(hù)的屋頂上飛過(guò)。但就像所有氣體在低溫下所表現(xiàn)出的那樣，它也會(huì)液化。在－269℃，氦會(huì)液化。而再降低1℃，它們就變得瘋狂，如天外來(lái)客般令人匪夷所思。1937年，當(dāng)人們首次觀察到這種現(xiàn)象時(shí)，竟然找不到合適的詞語(yǔ)來(lái)形容它。俄羅斯物理學(xué)家彼得·卡皮查不得不為此創(chuàng)造了一個(gè)新詞——超流體。

超流體令人印象最深刻的，是它“穿墻而過(guò)”的能力。這種超能力因摩擦消失而產(chǎn)生。當(dāng)我們說(shuō)某種液體很黏稠，是指它在物體表面很難流淌。比如說(shuō)蜂蜜非常黏稠，水就不太黏稠，而超流態(tài)的氦一丁點(diǎn)兒都不黏稠，所以它很容易流淌、散開(kāi)。對(duì)它而言，所有的容器都是一個(gè)超級(jí)漏勺。想象一下：一條只有幾十億分之一米（相當(dāng)于一顆原子大小）寬的縫隙，氦原子們爭(zhēng)先恐后地從這條裂縫潛出。超流體的黏度為零，因此沒(méi)有任何力量可以阻止它運(yùn)動(dòng)。

超流體并不孤單，還有一種叫做“超導(dǎo)體”的，它倆從某種程度上而言就像是表兄弟。超導(dǎo)與超流類(lèi)似，不過(guò)它不再發(fā)生在氦原子身上，而是發(fā)生在電子身上。在正常情況下，電子會(huì)不斷撞擊金屬導(dǎo)體的原子，本該用于前進(jìn)的能量結(jié)果變成熱能散逸掉。當(dāng)它們最后再也無(wú)力前進(jìn)時(shí)，電流也隨之消失了。但在極低的溫度下，一切都變了。降至臨界溫度以下后，電子就不再撞擊原子，它們就好像從一條堵塞的道路轉(zhuǎn)到了高速公路上，再?zèng)]有任何障礙。結(jié)論就是，一旦把電流注入超導(dǎo)金屬，這股電流可以幾年不斷，而且不需要發(fā)電機(jī)來(lái)維持。

冷凍，能復(fù)活嗎

美國(guó)的一些機(jī)構(gòu)如“阿爾科生命延續(xù)基金會(huì)”，或者是“人體冷凍研究所”，最近20多年一直在向客戶(hù)提供特殊服務(wù)：只要醫(yī)生作出死亡鑒定，他們就立刻把客戶(hù)的尸體存入－196℃的液氮中……這條“天國(guó)”之路冰冷刺骨，但這些機(jī)構(gòu)向客戶(hù)鄭重地解釋說(shuō)，只要有一天，科學(xué)能夠治愈導(dǎo)致他們死亡的疾病，就會(huì)把他們救醒，讓他們擺脫病魔，重享人生。2007年，有130多人選擇交付15萬(wàn)美元，把液氮冷凍柜作為自己最后的居所。而且此后，他們每月還要支付500多美元的維護(hù)費(fèi)用。不過(guò)再次“叫醒”他們應(yīng)該是相當(dāng)艱難的。

在冷凍中永生一時(shí)還辦不到，但這并不意味著研究人員對(duì)這一課題不感興趣。到目前為止，他們已經(jīng)可以冷凍精液、胚胎和皮膚……最大的一次成功是在2005年，誕生在美國(guó)人格雷戈里·梅伊的實(shí)驗(yàn)室里。他先取出兔子的一個(gè)腎，把它放到－130℃的低溫中保存，然后解凍，用它替換下兔子的另一只腎，而兔子竟然還能正常地小便！這也就是說(shuō)，這個(gè)腎運(yùn)轉(zhuǎn)良好！當(dāng)然，兔子的腎很小，只有20克重，不過(guò)這仍然是一個(gè)令人驚喜的結(jié)果，它的實(shí)現(xiàn)多虧了一項(xiàng)高速發(fā)展中的尖端技術(shù)——玻璃化冷凍。

基于這個(gè)成功經(jīng)驗(yàn)，我們可以想象人類(lèi)在幾十年后就會(huì)擁有器官庫(kù)，使有需要的病人隨時(shí)都能接受器官移植。有朝一日，我們一定會(huì)得益于低溫生物學(xué)的發(fā)展和器官庫(kù)的完善而能活得更久，但永生依然是個(gè)奢望。

（海豚摘自《齊魯晚報(bào)》2008年12月6日）