前言

绝对零度，冷的极点，-273.15℃，0K，一个冷寂而绚丽的世界。几千年来，人类的文明史也是一部不断地制取更低的温度、不懈地努力向这一冷的终极目标挺进的历史。本书全景式地展现人类从被动地适应低温到能动地利用低温，制造和控制低温，逐步逼近绝对零度的科学历程。

本书以人类渐次制取不同温区的低温为主线，首先介绍了天然冰制冷。中国是古代制冷技术的发祥地之一，早在3000年前就发明了冰窖“凌阴”，冬季存冰夏季取用，开创了人造低温的第一个纪录0℃，并远远领先于西方世界创造了极为丰富的冷食文化。冷冻机的发明标志机械制冷登上历史舞台，本书详尽介绍了1834年帕金斯发明第一台乙醚蒸气压缩冷冻机和其后各种冷冻机械的发展。冷冻机选用不同制冷剂可以达到-140℃，这时的人造低温超越了地球上的最低自然温度。“永久气体”的液化揭开了人类征服低温历史新的一页，本书生动讲述了1877年凯利代特和皮克代特几乎同时液化氧、1898年杜瓦液化氢和1908年在角逐液化最后一个“永久气体”氦的科技大战中昂尼斯睿智胜出的故事。“永久气体”液化使人类制取低温由-183℃挺进到-269℃。本书进而介绍1933年吉奥克成功利用顺磁盐的磁热性质实现磁制冷和1956年西蒙利用原子核的磁性质实现核绝热去磁制冷。现在科学家们利用这一技术可以实现样品的晶格温度达30nK，而核自旋温度达100pK。最后本书讲述了近代激光制冷技术，1985年华裔科学家朱棣文用激光冷却和陷俘原子的方法使钠原子气体达到240mK。科学家们用激光制冷和“重—磁阱”结合的方法已可以将钠原子气体冷却到了0.5nK，也就是绝对零度以上仅℃的低温。本书涵盖了几乎所有制冷方法的发明史和演进史，并简要介绍了低温技术的广泛应用。

在低温世界，物质呈现与常温下非常不同的一些性质。本书用大量篇幅介绍1911年昂尼斯发现超导电性，1937年卡皮查发现超流动性的历程。永不消失的电流和消失的液体黏滞性，向我们展现了奇妙的物质特性和梦幻般的世界，为读者奉献了低温世界最美丽的两朵奇葩。

本书引领读者探寻自然界的温度分布，探究地球、太阳系和宇宙深处的低温，畅想宇宙起源之时大爆炸的奇观与膨胀冷却宇宙的结局。

在讲述低温技术发展的同时，本书介绍了温度概念的形成、温度计的发明和温标体系的演变，科学家如何用理论与实验相结合的方法确定冷的极点——绝对零度，并根据热力学第三定律浅显地解释绝对零度不可到达的原理。

一部征服低温的历史，生动地记述了人类文明的进步。但人类征服低温的历程远没有结束，我们无法预料人类会用什么更新的技术制取更低的温度，也无法想象在更低的温度下物质会有什么更神奇的特性。

本书虽是一本低温科学技术史的科普读物，依然强调科技史叙述中史料的准确性。作者对史料的选取和考据非常严格，资料多直接来自于古代典籍、著名外文原版著作和权威科技期刊。早期制冷技术史料有的取自1934年出版的Refriger-ating Engineering杂志，它几乎同步反映当时制冷技术的发展状况。本书从源头保证史料的真实可靠，从而能更准确地把握具体的历史事件，科学地解读低温科学技术发展的规律。

作为一本科技史书籍，不可避免地要涉及相关的科学技术知识。本书用明白晓畅的文字描述深奥的低温科学原理，用大众化的语言翻译专业技术术语，配以丰富的插图让复杂的机械变得直观形象。枯燥的科学在这里变得浅显有趣，读者只需了解一般的科学知识就完全可以读懂在许多人眼里艰深的低温科学，游历低温科学技术历史的殿堂。

本书在叙述低温科学技术发展史的同时，介绍了众多著名低温科学家、发明家的趣闻轶事，特别突出他们的科学方法论和科学道德。读者在了解低温科学技术史的同时也学习了这些低温科学先驱者的科学态度和科学作风，得到了科学精神的熏陶。

本书缘起于作者在化学工业部光明化工研究所的工作经历。那是1982年，作者大学毕业进入研究所，又恰逢中国科技的春天。光明化工研究所是一个在中国低温技术领域做出过重要贡献的研究所，作者在这里第一次接触到低温技术并对低温科学技术史产生强烈兴趣，在科研工作之余收集低温科技史资料，并在1984年的《科学实验》杂志上发表了篇名同为“通往绝对零度的道路”的科普文章。后来作者工作几经变动，但对低温科学技术史的研究热情不减，一直关注低温科学的最新进展。这里对当年引领我开始低温技术研究的老一代科技工作者表示深深的谢意。还特别要提到的是姐姐马涟多年对作者编写本书的支持和鼓励，浓浓姐弟情融于她对促进此书出版的不懈努力之中。

本书适合科学爱好者、大中专院校师生和制冷与低温科技工作者阅读，也可作为相关专业学生学习低温科学技术史的辅助教材。

由于作者水平有限，难免有疏漏和不足之处，敬请读者批评指正。

马溥

2015年1月