导语

我们经常会说“大力出奇迹”这句话，其实这句话在科学史上也有非常经典的一次，那就是挑战极限的过程。
那么在科学史上，这句“大力出奇迹”又是什么呢?
人们平常所了解的温度有摄氏度、华氏度等计算方法，但是在科学研究中，通常会使用开尔文进行计量。

那么摄氏度、华氏度和开尔文又有什么区别，而开尔文又有着怎样的背景，开尔文又是在什么时候出现的?
在物理学上，绝对零度是没有任何热运动的状态，同时也是最低的温度。
在开尔文温标上，绝对零度为0K，那么在0K时，物质的分子就不再运动，这也是一切物质都无法再降温的温度。

那么科学家们又是怎样一步步挑战绝对零度的?

一、摄氏度、华氏度和开尔文。

在日常生活中，我们通常所使用的温度计量单位有摄氏度和华氏度。
而在物理学中，我们会使用开尔文进行计量，那么摄氏度、华氏度和开尔文之间又有着怎样的转换?
摄氏度和开尔文是可以相互转换的，一般都是通过以下公式:K=℃+273.15,℃=K-273.15。

而华氏度和摄氏度之间的转换是通过以下公式:℉=℃*1.8+32,℃=(℉-32)/1.8。
摄氏度:是由瑞典天文学家安德斯·凯尔末提出的，在1742年正式确立。
基准为水的冰点是0度，水的沸点是100度，两者之间均分为100等分，所以摄氏度以0℃作为绝对零度，以100℃作为绝对高温。
华氏度:是由德国物理学家加布里埃尔·丹尼尔·费尔南多·华伦丁于1724年所创立的一种温度计量方法。

其基准为水的冰点32℉，水的沸点是212℉，因此华氏度以32℉作为绝对低温，以212℉作为绝对高温。
开尔文:是由英国物理学家威廉·汤姆逊于1848年提出的一种计量温度的方法，其基准是绝对零度。
开尔文温标是基于热力学第一定律制定的，所以开尔文也被称为绝对温标。
热力学第一定律是能量守恒定律，也就是能量守恒的定律，这也是热力学中的一个非常重要的定律。

在热力学第一定律中，绝对零度是最低的温度，物体在绝对零度时，其内能等于0，同时热力学中的温度也是以开尔文进行计量。
开尔文温标以绝对零度作为基准点，其绝对零度为0K，然后以K为单位进行递增，这样就不会出现负温度的情况。

二、从绝对零度到绝对零度挑战过程。

科学家们在17世纪的时候，就已经开始知道气体在降温的过程中会液化，但是当时科学家们所使的技术还非常有限，所以不知道气体能够降温到多低的温度。
并且随着科学技术的进步，越来越多的气体被发现，同时科学家们也在气体液化方面进行了一些尝试。
而液化气体在现代化工生产中有着非常重要的作用，通过制冷工质，将气体冷却，当气体达到其临界点时，就会转化为液态气体。

液化气体的原理是，当气体被压缩后，分子之间的距离减小，通常会释放热量，同时分子的平均动能也会降低，因此液化气体通常会产生较大的热量。
然后只要这种热量能够被及时的排放，那么气体就会转化为液态。
而制冷工质则是将空气中的热量吸收，并将其散发出来，同时还会使气体降温，这样就会使气体转化为液态。

但是在液化气体的过程中，通常都会有温度的波动，同时也会受到环境中温度的影响，所以液化气体通常都需要一个绝缘层来维持其稳定的温度。
绝缘层就是一种材料，它通常具有非常低的导热系数和非常高的热容量，这样就会使液化气体在绝缘层中的温度保持稳定。
那么在制冷工质中，通常会使用液氮、液氦对气体进行液化，在冷原子核碰撞实验中，也是使用这两种物质，所以液氦和液氮都有着非常重要的应用。

在1862年，英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克劳林-杨发现了液氦，而且当时科学家们对液氦的性质还知之甚少，对其进行了一系列的研究。
在1908年，荷兰物理学家海克·昂内斯成功的发现了液氦，并且证实了液氦是一种超流体，当液氦的温度降低到4.2K时，就会出现超流态。
然而在降温的过程中，随着温度的降低，磁场也会越来越弱，当温度降低到K之后，其磁场就会变为超导体。

昂内斯在1933年的时候，对液氦进行实验，并且在冷却到K的时候，其电阻率减少了许多，这就证明了液氦是一种超导体。
并且当时科学家们还未发现超导体，随后他们对超导体进行了研究，并且发现超导体在导电方面，不会有任何电阻，所以可以在其上产生电流。

三、开尔文温标和绝对零度是如何产生的。

开尔文是在1848年提出的绝对温标，而较早之前的温标都是基于气温，但是在不同的大气压下，温度的计量方法也不相同，所以就会产生误差。
威廉·汤姆逊是一名杰出的物理学家，而且他是英国皇家学会的第一位非英国籍的会长。
在1854年，汤姆逊获得了诺贝尔物理学奖，那么开尔文又是在什么时候出现的呢?

在18世纪的时候，科学家们对气体的性质进行了一系列的研究，那个时候，科学家们普遍认为，气体是由非常小的粒子组成，这些粒子之间是没有空隙的。
但是在19世纪初期，很多科学家在研究气体的过程中，发现了一些状况，比如在气体液化的过程中，会发现液态气体会出现非常大的膨胀。

同时还会产生非常大的热量，这就说明液态气体与气体之间是有空隙的，而且分子之间的相互作用也非常强，所以科学家们逐渐认识到，气体是由分子组成的。
在19世纪的时候，科学家们在研究气体的过程中，得到了很多有价值的结论，同时也为热动力学的产生提供了理论。
德国学家克劳修斯于1857，根据气体的性质，提出气体的体积在0℃和1大气压下，会等于273.11ml，而且这个数值也被称为标准摩尔体积。

同时克劳修斯还根据标准摩尔体积，提出气体的分子是由硬球组成，并且在空间中是无序的运动，同时他还提出了摄氏度在绝对零度下的温度，这个温度也就是0℃。
而开尔文在建立绝对温标上，也是参考了克劳修斯的研究成果，所以开尔文将绝对零度定义为-273.15℃。
并且在1970年，第十四届国际计量大会还对开尔文温标进行了修订，将其绝对零度改为0K。

四、大师们是如何一步步挑战绝对零度的。

在17世纪的时候，西班牙的科学家佩德罗·赫南德兹对气体进行了研究，他发现在压缩空气的时候，会生成大量的热能，同时也会放出火焰，这就说明气体在压缩的过程中，会释放热量。
并且在气体的膨胀与压缩之间，佩德罗还发现了一个规律，这就是工作气体的温度是始终高于周围的温度，而且这个规律被称为佩德罗定律。
并且在1742年，瑞典天文学家安德斯·凯尔末提出了摄氏度，所以摄氏度以0℃作为绝对零度，以100℃作为绝对高温。

凯尔末也是深究气体的科学家，他在研究过程中，还发现气体在将近0.5大气压下，会液化成为液态，同时还会释放大量的热量。
法拉第是英国著名的物理学家，而且他在研究热力学的过程中，发现气体在大气压下，会液化成为液态，同时还会产生热量。
并且在1843年，路易斯·保罗·卡耶率先对氨气液化，而且卡耶还发现当液氨蒸发时，剩下的氨气会非常冷，这就说明蒸发是带走热量的过程。

而绝对零度是理论上可达到的最低温度，但是在实际操作中，要达到绝对零度是非常困难的。
在继续研究极端低温的过程中，波伦先发现了液氢和液氦，随后昂内斯又继续对液氦进行研究，并且在4.2K的温度下，发现了超流体。
随后在1933年，昂内斯在实验室中，对液氦进行实验，并且在降温到2.2K的时候，液氦具有超导的性质，而且他在对液氦进行研究的过程中，发现了液氦的特性。

液氦的沸点是4.2K，当液氦降温到2.2K的时候，昂内斯对液氦进行蒸发并且蒸发后的气体降温到0.9K。
随后昂内斯又对液氦进行蒸发，并且蒸发后的气体降温到0.3K，这就说明液氦在降温过程中，会带走热量。
在对液氦进行蒸发过程中，液氦的温度降到绝对零度，这是在液氦降温的过程中，带走了大量热量。
在对液氦降温的过程中，液氦降到绝对零度，这就证明了液氦在降温的过程中，带走了大量的热量，因此液氦可以制冷。

五、结语

众所周知，绝对零度是理论上可达到的最低温度，但是在实际操作中，要达到绝对零度是非常困难的。
因为在绝对零度下，分子将停止运动，这也就意味着物质将不再发生热传导，这就意味着不可能通过热传导的方式将物质继续降温。

但是科学家们在面对技术难题的时候，总能发挥出惊人的创造力，找到一些绕过绝对零度的办法，俄罗斯科学家在1999年，成功的将铷铯合金冷却到100纳开尔文，这也是人类在实验室中所能达到的最低温度。
低温技术的发展对现代科学和工业都有着深远的影响，同时也为研究超导性、量子计算等领域的发展提供了重要的支持。