向“低溫世界”進(jìn)軍

初中數(shù)學(xué)開(kāi)篇第一章，向同學(xué)們介紹了正、負(fù)有理數(shù)，使數(shù)的范圍擴(kuò)大到了有理數(shù)。正有理數(shù)在生活中用得很多，但是一接觸到負(fù)數(shù)，大家對(duì)它就陌生了許多。其實(shí)，隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，負(fù)數(shù)已越來(lái)越多地進(jìn)入了人類的生活。就讓我們來(lái)到“低溫的世界”，看一看負(fù)數(shù)在那里的廣泛應(yīng)用吧。

低溫的世界就像童話里的世界，各種物質(zhì)在低溫下會(huì)呈現(xiàn)奇特的景象：

1 地球上的低溫地帶

我國(guó)的最低氣溫為-50℃，中國(guó)最北的氣象站——黑龍江省漠河氣象站在1969年2月13日，測(cè)得氣溫為-52.3℃。世界上最不怕冷的花，是中國(guó)的雪蓮，在-50℃的嚴(yán)寒中，它也能盛開(kāi)。

地球上的最低氣溫出現(xiàn)在南極最高峰——文生峰，這里年平均氣溫為-129℃。

人類早已踏上了月球，在月球的表面上，“白天”的溫度可達(dá)127℃。人陽(yáng)落下后，“月夜”的氣溫競(jìng)下降到-183℃。

-170℃中，最簡(jiǎn)單的微生物能夠塵存，觀察表明，大腸桿菌、傷寒桿菌均能在-170℃下生存， 這可能是生命存活的低溫極限。

2 低溫狀態(tài)下的各種物質(zhì)

在-190℃以下的低溫下：空氣會(huì)變成淺藍(lán)色的液體，叫做“液態(tài)空氣”；若把梨子在液態(tài)空氣里浸過(guò)，它會(huì)變得像玻璃一樣脆：石蠟在液態(tài)空氣里，像螢火蟲(chóng)一樣發(fā)出熒光。如果把雞蛋放進(jìn)-190℃的盒子中，能產(chǎn)生淺藍(lán)色的熒光，摔在地上會(huì)像皮球一樣彈起。在-100℃到-200℃的環(huán)境里，汽油、煤油、 水銀、酒精都會(huì)變成硬邦邦的固體；二氧化碳則變成了雪白的結(jié)晶體，平時(shí)富有彈性的橡皮變得很脆，鋼鐵也變成了“豆腐”；酒精會(huì)變得像石頭一樣硬，塑料會(huì)像玻璃一樣脆；鮮艷的花朵會(huì)像玻璃一樣亮閃閃，輕輕地一敲，發(fā)出“叮當(dāng)”響。從魚(yú)缸撈出一條金魚(yú)放進(jìn)-190℃的液體中，金魚(yú)就變得硬梆梆，晶瑩透明，仿佛水晶玻璃制成的工藝品，再將這“玻璃金魚(yú)”放回魚(yú)缸的水中，金魚(yú)說(shuō)不定會(huì)復(fù)活。

3 低溫技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

人的骨髓在-50℃的條件下， 可保存6～12個(gè)月。日本一家公司不久前開(kāi)發(fā)了一種制冷達(dá)世界最低溫度-152℃的冷藏柜。這種冷藏柜可以應(yīng)用于保存人體細(xì)胞和血液，還可以應(yīng)用于超導(dǎo)體領(lǐng)域。目前這種冷藏柜已成批投入生產(chǎn)。

1967年1月，美國(guó)著名心理學(xué)家詹姆斯·貝德福特在得知自己患了肺癌這個(gè)絕癥時(shí)，便下了決心，把自己所有的存款投入醫(yī)院，請(qǐng)求將他冷凍處理?？茖W(xué)家們把他的體溫降至-73℃，用鋁箔將身子包了起來(lái)，裝進(jìn)低溫密封儲(chǔ)藏倉(cāng)，最后用-196℃液體氮急劇降溫，幾秒以后，貝德福特的身體變得象玻璃一樣脆。貝德福特曾留下遺言：希望人類有一天能征服癌癥，并且能找到將冷凍的生命復(fù)活的方法，使他能從密倉(cāng)里活著走出來(lái)。據(jù)說(shuō)，現(xiàn)在美國(guó)已有300多個(gè)期待復(fù)活的冰尸。

4 低溫技術(shù)對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的幫助

人們利用許多物質(zhì)在低溫下變脆這一特性，發(fā)明了—種低溫粉碎技術(shù)。現(xiàn)代城市中允斥著各種廢物， 如廢汽車、廢輪胎、廢塑料、廢鋼鐵等，用低溫下液氨冷卻處理后，這些物質(zhì)的抗沖能力大為降低， 呈現(xiàn)脆性龜裂，給粉碎創(chuàng)造了極有利的條件。這種低溫粉碎方法用于粉碎肉類，可做到骨、皮、肉一次性干凈利索地分離。

低溫技術(shù)還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中除蟲(chóng)滅害的得力助于。人們以往在田鼠洞穴中注入化學(xué)農(nóng)藥滅鼠，此方法不僅花錢多，且會(huì)使土壤受損。改用低溫農(nóng)藥后，將少量液氨注入鼠穴中， 由于低溫液氨是高壓縮狀態(tài)，釋放之后，在穴中其體積急速擴(kuò)大700~800倍，隨即氣化后的氨以相當(dāng)快的速度從洞中向外推出，把穴中的空氣排凈，致使田鼠窒息而死。低溫農(nóng)藥無(wú)害、快速、有效， 已引起廣大農(nóng)民的關(guān)注。

低溫技術(shù)還能快速打澇沉船。常規(guī)打撈沉船的方法是將高壓氣體壓入，使船內(nèi)積水排出，沉船得到浮力而露出水面。這種打撈法要花一整天的時(shí)間。采用低溫打撈，只要向船艙灌入液氨，低溫液氨便會(huì)迅速膨脹，高壓氣體泵將使艙內(nèi)積水迅速排出。

英國(guó)一家低溫公司將船只沉入英吉利海峽9米深的海水中，然后把近20升液氨壓入沉船艙內(nèi)，僅用30秒鐘，就使沉船露出了水面。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，低溫世界將更多地為人類造福。從食品保存到生命冷凍，從工業(yè)生產(chǎn)到尖端超導(dǎo)技術(shù)等各個(gè)方面，都會(huì)有低溫世界的奇跡。

5 低溫超導(dǎo)現(xiàn)象，人類進(jìn)步的又一個(gè)里程碑

在電能傳輸過(guò)程中， 由于導(dǎo)線電阻的存在，都要產(chǎn)生熱效應(yīng)， 白白地消耗了電能，還會(huì)給機(jī)器、設(shè)備造成損害，科學(xué)家們千方百計(jì)地尋找電阻很小甚至為零的導(dǎo)體輸送電能。1911年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在4.2K附近，水銀的電阻突然消失，這時(shí)水銀進(jìn)入了一種新的狀態(tài)， 電阻變?yōu)榱悖@種特殊的導(dǎo)電性質(zhì)的特質(zhì)狀態(tài)，稱為超導(dǎo)態(tài)，此現(xiàn)象就是通常所說(shuō)的超導(dǎo)現(xiàn)象。

具有超導(dǎo)電性的物質(zhì)叫超導(dǎo)體，超導(dǎo)體電阻突然變?yōu)榱愕臏囟冉谐瑢?dǎo)臨界溫度。至今已發(fā)現(xiàn)有28種元素、幾千種合金和化合物是超導(dǎo)體。超導(dǎo)體進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，不僅其內(nèi)部電阻為零，而且導(dǎo)體內(nèi)的磁場(chǎng)也為零，表現(xiàn)出完全的抗磁性。

超導(dǎo)現(xiàn)象這一偉大的發(fā)現(xiàn)，促使人們?nèi)ネ诰蛭镔|(zhì)世界中超導(dǎo)電性所隱藏的最神秘的寶藏。

長(zhǎng)期以來(lái)，超導(dǎo)體只能在低溫液氦區(qū)(4K左右)工作，這需要許多低溫設(shè)備和技術(shù)，費(fèi)用很高且不方便，從而限制了超導(dǎo)體的應(yīng)用。人類一直在探索把超導(dǎo)臨界溫度提高到液氮溫區(qū)(77K)以上的辦法，這就是高溫超導(dǎo)研究。

1986年高溫超導(dǎo)研究取得了突破性進(jìn)展，科學(xué)家相繼發(fā)現(xiàn)了許多高溫超導(dǎo)物質(zhì)。現(xiàn)在高溫超導(dǎo)體的臨界溫度已達(dá)到130K左右，使超導(dǎo)體己走出了液氦的陰影。

目前，超導(dǎo)技術(shù)在許多重要領(lǐng)域中得到應(yīng)用，如超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)加速器、超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)等。但超導(dǎo)的廣泛應(yīng)用還要克服許多障礙，超導(dǎo)世界的奧秘有待進(jìn)一步揭示。

有位超導(dǎo)專家說(shuō)過(guò)：“如果在常溫下， 例如300K左右能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電現(xiàn)象，則將使現(xiàn)代文明的一切技術(shù)發(fā)生變化?！笨茖W(xué)家正在超導(dǎo)世界中探索性能更好的高溫超導(dǎo)材料，不久的將來(lái)，超導(dǎo)將在能源、通信、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療、交通各個(gè)領(lǐng)域中大顯身手，造福人類。