在接近绝对零度的情况下会发生一些量子效应，如超导性、超流动性和玻色-爱因斯坦凝聚。
温度是我们测量物质中粒子动能的方法。粒子振动越快，温度就越高；当粒子振动减慢时，温度就会下降。从逻辑上讲，一旦原子完全停止振动，那就是最冷的时刻，它的温度为绝对零度。但这是在经典力学的框架内进行的推论。
在20世纪初，物理学家发现这些理论不再足以描述和预测在最小尺度上发生的事情。他们转而深入到基本粒子和量子力学的世界，旨在描述物质和能量在最基本层面上是如何表现。量子物理学告诉我们，即使达到可能的最低温度，粒子仍将始终具有一些无法消除的动能。
这源自海森堡不确定性原理，该原理指出，永远无法完全确定任何给定粒子的动量和位置。例如，如果尝试测量粒子的动量，那么就无法完全确定其位置。反过来，如果测量它的位置，那么就无法完全确定它的动量。因此，即使在最低能量状态下，粒子也总是会轻微振动。
物理学家一直在向低温挑战，他们已经成功地将物质冷却到只有38皮开尔文。挑战最低温度的想法可以追溯到1600年代，那时科学家们就已经掌握了计算绝对零温度的方法，他们也一直在尝试将材料冷却到尽可能接近这一点。
到1845年，迈克尔·法拉第（MichaelFaraday）成功冷却并找到了当时大多数已知气体液化的温度。例如，氯在-34°C时液化，在-101°C时冻结。利用当时可用的技术，法拉第设法达到-130°C的温度。
荷兰物理学家海克·卡默林·昂内斯（HeikeKamerlinghOnnes）于1908年第一个在仅4.15开尔文下成功液化氦气。通过降低液氦的压力，他将其进一步冷却至仅1.5开尔文。这是当时地球上达到的最低温度，昂内斯也在这极低的温度下对某些材料进行了实验，并在此过程中发现了超导性。这是一个重要的科学里程碑，昂内斯也因其工作而于1913年获得了诺贝尔奖。
对超导性的研究仍在进行中，事实证明某些材料在稍高的温度下也可以变得超导。使用液氮将材料冷却至仅90开尔文要实用得多，而且便宜得多。科学家们仍在寻找能够在更合理的温度下实现超导的材料。这项研究的目标是室温下的超导体，这将使它们比我们现在拥有的任何东西都更加节能。
超导体的另一个特性是它可以排斥任何外部磁场，因此可以让磁铁这样的外来磁场漂浮在超导材料上方，这在磁悬浮列车的构造中很有应用。
这是因为超流体的粘度为零，无论您将其放在什么环境中，它都不会与任何其他材料发生摩擦，并且它与自身也不会发生摩擦。普通的液体，比如水，确实会爬上它所在的杯壁，但如果你不去管它，它与容器及其本身的摩擦使它能很好地保持在原处。
超流动性是一种非常特殊的现象，我们在液氦中发现了它。氦非常特别，因为它基本上永远不会冻结。在正常大气压下，将其冷却至4开尔文会使其液化。当我们继续降低温度直至接近绝对零度时，它都一直保持液态。从技术上讲，我们可以通过对氦施加很大的压力来使其凝固。
自然界中氦最常见的形式是氦4，其核心由两个质子和两个中子组成，两个电子环绕核心。由于氦4的特殊性质，如果将其一直冷却到4开尔文，所有氦4原子都会落入相同的低能状态，并且它们都会开始以相同的方式运行。它们不再相互碰撞，并且一致移动，如果您搅拌它，它就会永远旋转。这是完全令人惊奇的，因为这是一种我们只用眼睛就能看到的量子效应，即使它需要非常特定的环境。
在经典力学中，我们喜欢将粒子想象成彼此相互作用的小球。但在量子物理学中，由于不确定性原理，不可能知道粒子的所有属性，它的真实位置永远无法百分百确定，因此最好的方法是将其想象为云或一个具有自己能量特性的概率波。
因此，如果我们将气体云中的原子冷却到纳开尔文，它们的能量开始接近最低点，这些小波包会变得更大，波长也会变得更长。在大约50纳开尔文时，这些波开始重叠并相互混合，并且它们开始表现得就像一个大原子一样。需要明确的是，它们并没有变成固体，只是所有这些原子都失去了各自的能量特性，它们凝聚成这个单一的集体量子波。
玻色-爱因斯坦凝聚实际上是一种不同于固体、液体、气体和等离子体的物质状态，但它可能只能在实验室中实现，因此非常脆弱。与极冷环境之外的任何物体的任何相互作用都会破坏它并将其变回正常气体。
审核编辑：黄飞
原文标题：接近绝对零度时的物理现象
长沙市望城经济技术开发区航空路6号手机智能终端产业园2号厂房3层（0731-88081133）