你不知道的花式降温法

降温可是一门大学问，从古至今，从国内到国外，人们为了降温，想了很多办法。最简单也最直接的莫过于大自然的馈赠——冰块。可是，如何在炎炎夏日得到冰块呢？古人创造出两种办法：藏冰法和硝石制冰法。藏冰法就是将冬天的冰块储藏起来；硝石制冰法则是利用硝酸钾溶解吸热的原理，将硝石扔到水里，随着硝石的溶解，水慢慢降温，凝结成冰。这个方法起源于唐朝，促成了中国古代冷饮行业的兴起。

在相当长的一段时间内，冰块在人类制冷领域一枝独秀，此时的低温也不过是零摄氏度。直到近代液态分离空气法的发现，人们在制冷方法上才有了更多选择，温度也达到了零下摄氏度。此后，制冷的发展有了两个方向：一个是零上摄氏度至零下几摄氏度之间的制冷方式的优化，可以用于空调和冰箱；另一个是不断追求更低的温度，研究物质低温下的性质。

这个听起来似乎属于科研的范畴，但其实并没有那么复杂。在制冷中，液态气体和冰块十分类似，都是通过相变制冷来降温。现在实验室中最常见的制冷方法就是利用液氮和液氦做相变制冷。在接受了液氮和液氦之后，很多存在临界温度的现象就有了判别的标准。例如，某种材料的超导转变温度在77K（开尔文）以上，那它就是一种高温超导体，因为只需要液氮就可以让它转变至超导态，不用其他复杂的、昂贵的制冷系统，这对研究人员来说实在是太好了。

除了利用液态气体进行相变制冷之外，还有利用固态制冷剂的相变制冷，利用节流、放气过程的膨胀制冷，以及热电制冷、辐射制冷、吸附制冷等制冷方法。这些方法各有优劣，有着不同的应用场景，都为人类的低温研究做出了贡献。

热力学第三定律告诉我们：绝对零度是无法实现的。那么，是否有办法逼近这一温度呢？利用液氦做相变制冷能达到更低的温度，但实际操作所能达到的下限也只是0.4K（开尔文）。这时，磁致冷、稀释制冷、激光制冷等方法就出现了。

磁致冷利用的是磁热效应：在磁场施加与除去的过程中，磁性离子系统会分别出现放热与吸热的现象。当系统满足绝热去磁条件时，便可以构造卡诺循环，实现制冷，其原理便是超流4He稀释3He吸热，实现制冷。目前，商业化的稀释制冷机可以实现5mK（毫开尔文）的极限制冷。更厉害的是激光制冷技术，它直接把温度拉低到百万分之一开尔文！不过这种技术目前只适用于实验室，没有商业化的应用。

人们为什么不断研究低温，想办法逼近绝对零度呢？一方面，是因为很多物态只有在低于转变温度时才会展现。比如超导，材料在低于一定温度时，电阻会突然消失，进入超导态。另一方面，由于微观粒子的热涨落运动，很多微弱的现象、粒子被掩盖，人们无法在高温环境下观察到。这种时候便需要在低温环境中才能观察，比如分数量子霍尔效应。

可以预见，在未来还会出现很多人们想象不到的花式降温法，给生活、生产带来无限便利，让我们拭目以待吧！