絕對零度就是開爾文溫標定義的零點，約等於攝氏溫標-273.15度。絕對零度是冷的極致，是一種理想的無法達到的完美冰冷狀態，正如瑞典著名兒童文學女作家阿斯特麗德·林格倫在《米歐，我的米歐》中描述的浪漫且神秘的「遙遠之國」一樣，它是一個人類會無限接近但永遠也無法到達的「美麗新世界」。
但即便如此，自從這一概念於19世紀中葉首次出現以來，很多人終其一生的努力目標就是離它更近一點。這看起來是一場堂吉訶德式的追尋，但實際情況並非如此。
絕對零度的確立
早期最有用的溫度計，依靠的是液體受熱時會膨脹的特性。然而這需要假設液體在不同溫度都以相同方式膨脹。然而，如果不測量液體隨溫度的膨脹情況，這個假設就無法驗證——這樣，就又需要一個溫度計。直到19世紀40年代，法國科學家亨利·維克託·勒尼奧用一個密封容器中乾燥空氣的壓力大小來衡量溫度，完成了一系列精巧的實驗之後，一套可靠的、可重複的溫度讀數才真正確立。
後來湧現出許多種標記方式來測量溫度，這也側面反映了人們對溫度的困惑。攝氏度和華氏度用水的不同性質來校準溫度——直到今天我們仍在使用。
首先想到不依賴任何單一物質特性來定義一套絕對溫度標記的，是19世紀的英國物理學家威廉·湯姆森，也就是後來的開爾文男爵。他給出的定義非常抽象，要依賴於理想熱機的運作方式。這裡的理想熱機就是有名的「第二類永動機」——從單一熱源吸熱使之完全變為有用功而不產生其他影響。
那時候科學先驅們還無法理解世界上所有物質都由原子構成。只有理解了這一點，溫度的本質才豁然開朗。
熱是原子運動的動能，溫度是對原子運動速度的衡量——更準確地說，溫度衡量的是分子平均運動速度的平方。因此，當我們在日常生活中感受到某個東西的溫度，也可以說成：我們正在感覺物質的「躁動」。
一旦接受了物體中的分子在不斷運動這個想法，一個有關絕對溫度的自然定義就破繭而出了：它就是所有原子都完全靜止的那一點。
接下來的問題就是：「這需要多低的溫度？」
17世紀法國一位樂器工匠紀堯姆·阿蒙東注意到，當從沸點冷卻到冰點時，密封容器中的氣壓會下降「約1/4」。由此他推斷，如果繼續冷卻，氣體的壓力也許最終會在某個溫度之下完全消失——按照今天的標記，這個溫度大約在-300℃。後來，隨著對理想氣體壓力和溫度測量精度的日益提高，人們發現這個推測並不離譜。今天的絕對零度被定義為開爾文溫標下的溫度零點，大約相當於-273.15℃。
追逐絕對零度
對絕對零度的追逐，真正的開始是在19世紀下葉。
19世紀70年代末，法國人路易斯·保羅·卡耶泰用各種氣體相繼膨脹冷卻的方法在-183℃得到了液態氧，接著又在-196℃得到了液態氮。他和當時的任何人可能都沒想到，在20世紀這兩種物質會變得多麼普通。
1898年，蘇格蘭人詹姆斯·杜瓦在-250℃液化了氫氣，這時就只剩下氦氣還未被徵服。氦的原子相互作用微弱，因而成為最難被凝聚的氣體。1908年7月10日，「說服」氦原子進入液態的無數努力最終得到了回報，荷蘭萊頓大學的海克·卡末林·昂內斯實現了4.2K的低溫，首次製得了幾立方釐米的液氦。
液氦打開了一扇通向全新物理世界的大門。就在獲得液氦之後不久，昂內斯就發現，在非常低的溫度下，某些金屬會變成超導體。冷卻到某一臨界溫度之下，這些金屬的電阻會陡然下降15個數量級，幾乎與零無異。諾貝爾獎委員會沒有花太久就認識到了昂內斯工作的重要性，1913年授予了他諾貝爾物理學獎。
自此，絕對零度就像諾貝爾獎的催化劑一樣，科學家們在追尋絕對零度的過程中，做出的很多美麗的意外發現多次摘得諾貝爾獎的桂冠。例如，華裔物理學家朱棣文曾因發明了「雷射冷卻和磁阱技術製冷法」而與另兩位科學家分享了1997年的諾貝爾物理學獎。2001年的諾貝爾物理學獎由因發現了「鹼金屬原子稀薄氣體的玻色-愛因斯坦凝聚」這一新的物質狀態的德國科學家沃爾夫岡·克特勒摘得等，不一而足。
此後，量子力學的誕生及其對隨機熱運動的描述，讓人們排除了混亂的熱力學的幹擾，成為促使科學家繼續挑戰絕對零度的動機之一。昂內斯已經「追」到4.2K，100年過去了，人們還在絕對零度之上的「最後一格」努力，這似乎很奇怪。其實，人們並不只是盯著那最後1K，而是要看到1K和1mK之間、1mK和1μK之間、1μK和1nK之間那隔若天淵的差別。即便到了1nK，下面仍有「巨大」冷卻空間：1pK（皮開爾文，10-12K），fK（飛開爾文，10-15K），直至無窮。
（趙魯整理，文本部分摘編自《新科學家》）
《中國科學報》 (2015-12-18 第6版 歷史)