本届世界杯比往年来得晚，

没有他，

卡塔尔太热了，

即使从夏天变成了冬天，

当地的温度还是很惊人的现在不是夏天吗

反观北京，这次寒潮，这次降温，

这就是边肖印象中的冬天！

从体育场结构到空调安装，

为了给运动员提供舒适的环境，

卡塔尔也下了很大功夫降温。

说到降温，边肖并不困。

边肖今天会带你去看一看。

为了获得低温，

人们想出了什么方法。

01.冰块，冰块还是冰块。

在那个没有那么多技术和艰苦劳动的年代，人们不得不依靠大自然的馈赠——冰块来降温。

使用冰块降温，主要问题是如何在炎热的夏天得到冰块解决这个问题，古人有两种方法:蓄冰和硝石制冰

先说蓄冰顾名思义，就是储存冰块《诗经·国之风·七月之风》中记载:初二凿冰，初三赐荫描述了中国古代人冬天用冰库储存冰块的场景

不仅中国，其他国家也有蓄冰的历史例如，公元前400年左右，波斯就有了像亚克哈尔这样的冰库设施

硝石制冰法起源于唐代把硝石扔进水里，水会慢慢冷却，凝结成冰原理很简单，就是利用硝酸钾的溶解来吸热

硝石制冰的发现促成了中国古代冷饮业的兴起，宋代就有专门的冷饮店人们还充分发挥他们的创造力，发明了一系列饮料，如冰糖，冰雪和冰圆子，冰镇酸梅汤，雪水和雪水梅花酒即使是现在，冰镇酸梅汤也很受欢迎

02.向低温移动

在相当长的一段时间里，冰块在人类制冷领域表现突出，此时的低温只有0℃。

直到近代发现液体分离空气法，人们在制冷方式上有了更多的选择，温度最终达到了零摄氏度以下此后，制冷的发展有两个方向:一个是零度到零下几摄氏度之间制冷方式的优化，比如针对空调和冰箱，另一种是不断追求更低的温度，研究材料在低温下的性质本文主要介绍第二个方向

液化气在制冷中的使用非常类似于冰块，通过相变制冷来冷却相变制冷是利用制冷剂相变吸热制冷比如冰融化时吸热，这是一个相变吸热过程

目前实验室最常见的制冷方式是利用液氮和液氦进行相变制冷其他液态气体，如液态氢，已经在实验室中使用，但没有一种像液氮和液氦那样安全再加上其提取工艺的成熟，其他气体逐渐被淘汰

在常压下，液氮的沸点是77K，液氦的沸点是4.2K，也就是说有了液氦和液氮，即使没有压力调节等处理方法，最低也能把温度降到4.2K，足以进行很多新颖的物理性质研究。

接受液氮和液氦后，很多临界温度现象都有了判别的标准这种材料的超导转变温度在77K以上嗯，它是一种高温超导体，因为只需要液氮就可以将其转变为超导状态，不需要其他复杂昂贵的制冷系统真的对科研人员太友好了

相变制冷除了使用液化气外，还有其他制冷方式，如使用固体制冷剂的相变制冷，利用节流放气过程的膨胀制冷，热电制冷，辐射制冷，吸附制冷等这些方法各有优缺点，有不同的应用场景，都为人类的低温研究做出了贡献

03.目标:绝对零度。

热力学第三定律告诉我们绝对零度是达不到的我们能接近这个温度吗

我们之前讲过利用液化气相变制冷的方法当温度降到0.6K时，其他物质都是以固体的形式存在，所以不可能得到更低的温度氦是一种特殊的物质，在常压下不能转化为固体，所以可以用于相变制冷，达到更低的温度但实际操作中能达到的下限只有0.4K，离0还有一段距离

不过没关系我们还有其他方法:磁制冷，稀释制冷，激光制冷

磁制冷利用磁热效应:在施加和去除磁场的过程中，磁性离子系统会分别放出热量和吸收热量当系统满足绝热退磁条件时，可以构造卡诺循环实现制冷

目前磁制冷的制冷极限可以达到mK级，但与其他方式不同的是，磁制冷机只能做极寒，高温区的磁制冷技术尚未成熟应用这是因为绝热退磁环境和显著的吸热效果只有在极低温环境下才能实现

稀释制冷技术最早由伦敦提出并改进，其原理是超流He稀释He吸收热量实现制冷目前商用的稀释冰箱可以实现5mK的极限制冷

如果你觉得5mK的温度还是太高，没关系我们还有激光制冷技术，直接把温度降到百万分之一开尔文！但是这项技术目前只适用于小规模的实验室，还没有商业化原理很简单，就是利用散射使物质的原子减速，降低微观粒子运动的强度，从而达到降温的目的

04.低温技术一直在发展，从未停止。

为什么一直研究低温，试图接近绝对零度。

自然有好东西，因为气温低。

一方面，许多物质状态只有在转变温度以下才会出现比如上一篇文章提到，氦是唯一一种在常压下不能转化为固体的气体当氦的温度低于2.18K时，它将具有超流性的新物理性质比如超导，当材料低于一定温度时，电阻会突然消失，进入超导状态

另一方面，由于微观粒子的热涨落运动，很多微弱的现象和粒子被掩盖起来，在高温下无法观察到这时候就需要在低温环境下进行观测，比如量子计算的候选者之一的分数量子霍尔效应

现代物理学的发展离不开低温技术的成熟，这些新奇的物理性质也将推动人们对绝对零度的探索。

参考资料:

2.低温发展历史和获取方法—20210322000712.pptx—原始文档

3.Ice —维基百科

4.冷饮_百度百科

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