从绝对零度的追求到量子世界的探索:低温物理学发展历程
低温物理学的发展历程见证了人类对物质世界认识的深化过程。从十八世纪对气体液化的初步尝试,到二十一世纪对量子物态的精确操控,低温物理学不仅推动了基础科学理论的建立,更催生了众多改变世界的技术应用。这个领域的研究围绕着一个看似简单却极其深刻的问题:当温度接近绝对零
低温物理学的发展历程见证了人类对物质世界认识的深化过程。从十八世纪对气体液化的初步尝试,到二十一世纪对量子物态的精确操控,低温物理学不仅推动了基础科学理论的建立,更催生了众多改变世界的技术应用。这个领域的研究围绕着一个看似简单却极其深刻的问题:当温度接近绝对零
冬天,如果你因为一脚踩在结冰的路面上而不小心摔倒,你可能会认为——这是鞋底的压力或摩擦让冰表面融化,从而变得湿滑。但最新的物理学研究却给出了一个出乎意料的答案:导致冰面湿滑的关键并不是压力和摩擦,而是分子层面上的“偶极子相互作用”。
最后一种气体元素氦的成功液化不仅埋葬了“永久气体”这个概念,还引起人类在制冷手段上的突破。从获得液氦开始,人类很快突破了自然界提供的低温极限,在实验室中构建了全新的物理世界,并且获得了更多的逼近零温极限的手段。
热力学第一定律和第二定律告诉了人们应该如何制冷,而热力学第三定律则为制冷的范围设定了一个极限。如果绝对零度无法达到,那么低温物理学的存在是否还有意义?笔者认为,1 mK以上的低温环境在过去百年间已给人们带来足够多的物理现象,我们没有道理去担心更低的温度不会持续