Самая нижняя ступенька лестницы. В нашей Вселенной невозможно охладить вещество ниже этого значения: по мере приближения к нему движение атомов замедляется и стремится к полной остановке. Строго говоря, абсолютный нуль недостижим, но вблизи него некоторые вещества приобретают удивительные свойства, например, такие как сверхпроводимость. Она позволяет создавать очень сильные магнитные поля, которые применяются в ускорителях частиц, аппаратах МРТ, поездах на магнитной подушке. В будущем сверхпроводимость сделает реальностью квантовые компьютеры и поможет более эффективно передавать электроэнергию на расстояние. Сверхнизкая температура в этих устройствах поддерживается, как правило, с помощью жидкого гелия.
При каждом понижении температуры на 10°C скорость химических реакций снижается примерно вдвое. Это означает, например, что после года хранения овощей при −18°C в них сохраняется на 80% больше витаминов, чем при −12°C. Если опустить температуру еще ниже, разрушение витаминов замедлится еще сильнее. Почему же температура в морозилке, как правило, установлена на −18°C? Это значение было выбрано как компромиссное с точки зрения сохранения качества хранимых продуктов и расхода электроэнергии, которая требуется для поддержания низкой температуры. Кроме того, −18°C (точнее, −17,8°C) — это ноль по шкале Фаренгейта, которая до середины ХХ века была распространена во всем англоязычном мире.
За ноль в шкале Цельсия принята температура, при которой происходит важный фазовый переход воды из твердого состояния в жидкое. Охлаждаясь до 0°C, вода замерзает и скачкообразно расширяется. Это свойство люди научились использовать еще в древности: кельты осенью заливали воду в скальные щели, зимой она замерзала, и скалы трескались. Так люди получали каменные блоки для строительства. Лед и снег сами по себе могут быть строительным материалом: канадские эскимосы традиционно сооружают из слежавшегося снега свои жилища. При этом в иглу можно разводить огонь и поддерживать относительно комфортную температуру: внутренняя поверхность стен оплавляется с образованием ледяной корки, которая имеет низкую теплопроводность. При правильной вентиляции и соблюдении умеренной температуры воздуха (до 15°C) дальнейшее таяние стен останавливается.
Благодаря наличию атмосферы температура на поверхности Земли благоприятна для жизни. Однако она стремительно растет: если в 1950–1980-х средняя температура составляла 14°C, то сейчас уже 14,9°C. Ученые убеждены, что это следствие жизнедеятельности человека, а именно выброса парниковых газов, таких как CO2. Накапливаясь в атмосфере, они препятствуют отводу избыточного тепла от земной поверхности в космос. Это называется парниковым эффектом. Да, мы знаем, что в минувшие эпохи температура много раз менялась в широком диапазоне. Сегодняшние изменения пугают, в первую очередь, своей скоростью. Многие биологические виды могут исчезнуть из-за того, что не успеют адаптироваться к новым условиям. Возрастает частота стихийных бедствий, фиксируются аномальные волны жары. Из-за потепления тают полярные льды и расширяется вода, что ведет к поднятию уровня океана. Будущее зависит от того, научимся ли мы контролировать температуру на планете.
За точку отсчета в шкале Цельсия принята температура таяния льда, а размер деления был увязан с температурой ее кипения, чтобы получилась круглая цифра: 100°C. Кипение позволяет нам дезинфицировать воду, отваривать продукты, заваривать напитки. Но это далеко не все, чем полезен такой фазовый переход. Легко вспомнить, что энергией водяного пара питалось первое поколение самодвижущихся машин, о чем напоминают слова «паровоз» и «пароход». На этом же переходе основан, к примеру, принцип работы атомной электростанции: нагреваемая с помощью радиоактивного распада вода испаряется и вращает турбину генератора. Затем пар охлаждается и конденсируется, то есть превращается в воду, которая вновь бежит к активной зоне реактора.
Замораживание — это способ поставить жизнь на паузу. При сверхнизких температурах все химические реакции замедляются настолько, что можно говорить об их остановке. Замороженный организм может храниться, по человеческим меркам, сколь угодно долго. Но не все так просто: в процессе замораживания образуются кристаллы льда, которые повреждают клетки. Однако было найдено несколько способов избежать этого: использование защитных веществ (криопротекторов), а также технологии медленного замораживания и витрификации. Первая позволяет воде покинуть клетку до образования кристаллов, а вторая превращает замерзающую воду в безопасный для клетки аморфный лед. Впрочем, пока что эти технологии могут применяться только к отдельным клеткам и тканям. То есть заморозить можно все, что угодно, а вот разморозить целый жизнеспособный организм нам пока не по силам. Обычно криоконсервация осуществляется при температуре −196°C под воздействием жидкого азота.
ЖИЗНЬ В ГЛУБОКОЙ ЗАМОРОЗКЕ