[轉貼] 低溫物理學

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低溫物理學，又稱低溫學，是物理學的分枝，研究物質在低溫狀況下的物理性質的科學，有時也包括低溫下獲得的生成物和它的測量技術。而低溫物理學中的低溫定義為−150°C（−238°F，即123K）以下的溫度。

19世紀，英國著名物理學家法拉第在一次實驗中偶然液化了氯氣，他由此認為，一切氣體在低溫高壓的情況下都是可以液化的。到了19世紀40年代，法拉第本人已經液化了當時已經發現的除氧氣、氮氣、氫氣、一氧化碳、二氧化氮、甲烷六種氣體之外的所有氣體，製造出的最低溫度達到了-110°C。法拉第之後，低溫設備不斷完善，逐級降溫和定壓氣體膨脹的方法開始廣泛應用，1898年英國物理學家杜瓦液化了氫氣，標志著這六種氣體全部被液化。1895年，英國化學家從礦石中分離出更加難以液化的氦氣，直到1908年，荷蘭萊頓大學的物理學家昂尼斯終於將其液化，並創造出了新的低溫記錄——-269°C(4K)。昂尼斯獲得1913年的諾貝爾物理學獎。

1911年，昂尼斯發現液氦冷卻的汞在4.2K以下電阻會突然降到接近於零，這就是超導現象。隨後他又發現發現錫和鉛也和汞一樣具有超導性。超導具有廣泛的應用前景，如果能找到室溫下發生超導轉變的材料，將大大減少電路中的損耗，提高材料使用壽命，降低發熱量。物理學家不斷尋找臨界轉變溫度更高的超導材料，高溫超導紀錄不斷被刷新。目前，高溫超導已經成為凝聚態物理學中最熱門的研究領域之一。


定義與差別

低溫物理學

低溫物理學是要學習如何製造低溫環境，並研究物質的狀態(如粒子的震動)。此外，為人所熟悉的溫度刻度華氏(°F)、攝氏(°C)也不會使用，只會使用絕對溫度(K)及Rankine(°R)。


低溫生物學

低溫生物學是生物學的一門分枝，主要研究生物器官在低溫下的影響及狀態（低溫生物學上，常以低溫繁殖技術上獲得成就）。


人體冷藏學

人體冷藏學是一項未成熟的科技，它的目的是要冷卻人體或動物，並希望在未來能使其復活。人體冷藏學與低溫生物學很不同，它並無一個實際，而成功的例子。而且很多人對它懷有懷疑的態度，並且有大部分是科學家及醫生。作為一種科技，人體冷藏學還須要應用各種不同的自然科學，如低溫物理學、低溫生物學、流變學、醫學等。


字型變化

在英文中Cryogenics在字面上直接翻譯，有「the production of icy cold」，即「冰凍的產物」。畢竟，它這個名稱又是個解作「在低溫狀態」的類義字。可惜，這英文詞語還沒有定下何為低溫，沒有定下真正的低溫溫度。無法從中說出製冷至那個溫度，才是低溫物理學的開始溫度。

一群菲律賓全國科學與技術委員會（en:National Institute of Standards and Technology,NIST）的工作人員，關注到這一點，所以在美國科羅拉多州的博爾德選出，低溫物理學中的低溫溫度，都必須低於攝氏-180度,即93.15開爾文溫標（-180°C，93.15K），之後，這便成了被共認的區分線。這溫度是一般惰性氣體的沸點。


工業應用

液化氣體，如液化氮及液化氦，也會使用很多的低溫物理學的技術。