中國突破超低溫制冷技術，和絕對零度相差0.01度，它有什么作用？

地球南極的最低溫度是零下54度，普通生物在這里難以生存。冥王星的地表溫度為零下200度，這顆星球上的空氣被全部凍結。

布莫讓星云

距離地球5000光年的布莫讓星云，溫度低至零下272度，是已知外太空最冷的地方。不過這仍然不是宇宙可以達到的最低溫度。

宇宙最冷的地方，曾在美國桑迪亞國家實驗室，物理學家們讓溫度達到了零下272.59度，它曾是已知宇宙的最低溫度。

那么這種超低溫是如何獲得的呢？

科學家從微觀世界給出了答案，宇宙萬物都是由粒子組成的，它們時時刻刻都在做無規律的運動，速度越快，該物體的溫度也就越高。

當物體的粒子徹底靜止時，它的溫度會下降到一個極限值。也就是零下273.15攝氏度。

但絕對零度是不可能達到的。

現代實用制冷技術一般可以分成三大類，第一類是基于氣體動力學，將熱量持續地從低溫端抽出，比如用電冰箱冷凍儲存食物，或者用空調制冷降溫，這些制冷需要用壓縮機實現。

第二類是利用某些化學和物理現象，例如熱電效應、順磁效應、隧穿效應。比如某款飲水機采用電子制冷，基本原理就是溫差熱電效應。

最后一類是直接采用低溫劑制冷，比如往啤酒里丟冰塊。

液氮制冷劑技術

一般根據需要采用不同的制冷手段，自從空氣液化技術和杜瓦技術成熟后，將氮氣液化作為制冷劑，成為一種非常便捷實用的制冷技術。

加上氮氣是空氣中的主要成分，液氮目前的成本已經比礦泉水還便宜。而且氮氣有化學惰性，可以直接和生物組織接觸，就算立即冰凍也不會破壞生物活性。

在中科院物理所的科技開放日上，有一個網紅科學小實驗，把活體小金魚放入液氮凍成冰疙瘩，然后放入常溫的水中解凍，這條小魚立刻就恢復了活力。

所以液氮的用途十分廣泛，它可以迅速冷凍食品，比如我國進口的馬來西亞榴蓮，還可以保存活體組織，比如生物樣品以及精子和卵子的儲存，甚至還可以治療一些皮膚病，其原理是利用低溫迅速殺死病區細胞。

液氮技術用于人體冷凍。

詹姆斯·貝福德是上個世紀中期的美國首富，但是不幸患上了癌癥，他認為癌癥在未來是可以被治愈的。

恰好當時有一位電工名叫羅伯特·艾廷格，正在研究液氮冷凍技術，這給貝福德帶來了希望。

他給這位電工贊助了10萬美元，并和艾廷格簽下冷凍自己的協議，并約定在50年后再解凍，利用現代科學技術將自己復活。

1967年，貝福德病逝于癌癥，艾廷格如約對他進行了冷凍，不過如今已過去54年，貝福德依舊被冰封在鐵盒子里。

現在的科學技術無法讓人死而復生，癌癥依舊是困擾人類的疾病，而且液氮只有零下196度，細胞分子在這個溫度下仍會緩慢運動。

有運動就代表生命在隨時間流逝，除非把溫度降低到絕對零度，才有機會把生命徹底凍住，甚至凍住時間。

液氫、液氖、液氦

雖然絕對零度只存在于理論中，但是人類在這半個世紀以來，一直在低溫技術領域追求極致，早期冷媒用得較多的除了氮氣，還用到了氫氣、氖氣和氦氣。

如今液氫和液氖已退出了制冷劑的舞臺，畢竟這兩氣體實在過于危險。

就拿氫來說，氫有著極為活潑的化學屬性，可以說是一點就燃一燃就炸，氫在常溫下遇到一點火星，就會發生反應并釋放熱量。

1936年3月4日，德國興登堡號飛艇正式運營，它是世界最大的氫氣飛艇，長約245米重約110噸，內部有16個巨型氫氣囊，可以連續在空中飛行200個小時。

1937年5月6日，興登堡號飛往美國新澤西州，在著陸過程中突然起火爆炸，飛艇墜落后被完全燒毀，最終造成97名乘客和35名機組人員遇難。

整個過程不到一分鐘，事后調查表明，惡劣天氣導致飛艇外皮存在靜電，電火花將漏氣的飛艇引爆。

科學家經過實驗測定，氫氣的爆炸極限寬到讓人絕望，在空氣里的濃度達到4%到98%之間

遇火都會發生爆炸，所以各位家長千萬不要讓小朋友玩氫氣球。

興登堡號事件后，人們不但對飛艇失去了興趣，也慢慢退出了制冷劑領域，液氮和液氦是目前最主要的制冷劑，液氦是制造超低溫的神器。

它可以達到零下253度，至零下271度的制冷范圍，當溫度低至零下271度時，液氦將變成超流氦，出現液氦沿著杯壁流出杯子外的奇特現象。

那么追求極限低溫有什么作用呢？

在日常生活上用不上超低溫制冷技術，但它能推動許多科技的進步，包括材料科學研究、粒子物理和凝聚態物理，甚至是天文學上都能發揮作用。

而它在商業領域的最大用途，就是冷卻量子計算機的芯片，量子計算機依靠量子疊加態作為運算基礎，能實現體積縮小和算力的爆炸式提升，它必將成為人類最強大的計算機。

2019年12月，美國商務部一份文件指出，未來將限制出口稀釋制冷機，給美國在量子計算機領域的競爭對手，這其中就包括中國。

稀釋制冷機一旦被限制，對量子計算機的研究，中國將會面臨重大挑戰。

稀釋制冷技術

它是目前能實現mk級制冷的三大方式之一，除此之外還有絕熱去磁制冷和吸附制冷，其中只有稀釋制冷機能達到10mk以下的制冷。

所以它已經成為量子計算機的標配，想要研制量子計算機，就必須先設計一套制冷設備，給量子芯片冷卻降溫。

我國雖然在量子計算機的理論領域是領先的，但是不突破稀釋制冷技術，始終面臨被卡脖子的風險。

在上個世紀70年代，我國物理學家冉啟澤研制出濕式稀釋制冷機，但遺憾的是，此后再無人從事相關研究，我國長時間處于技術斷層和研究空白，所需的稀釋制冷機全靠從歐美進口。

為了擺脫歐美的技術壟斷和封鎖，我國必須突破稀釋制冷機技術，終于在2015年，中科院首次實現了零下253度的超低溫，不過這只是歐洲20多年前的技術，要突破就要來個徹底突破。

今年7月，中科院再次取得重大成果，其自主研發的無液氦稀釋制冷機，達到了零下273.1391度低溫，僅僅比絕對零度高出0.01度，甚至打破了美國保持的世界紀錄。

21世紀雖然大體上是和平的，但是在科技領域的競爭從沒有停止過，從光伏產業到新能源汽車，從芯片制造再到量子計算機，我們的科技工作者都在努力走出屬于自己的路。