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聯(lián)系人：陳剛
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“冷凍”人能否成真？
點擊次數(shù)：506 發(fā)布時間：2012-9-8
這是一個常見的、也是zui令人震驚的實驗：將活的金魚迅速放入液氮中，金魚被凍僵，一動不動，宛如死了一般。然后，再將金魚迅速放入水中，幾秒鐘后，金魚又“復活”了，在魚缸中游弋。
人類是恒溫動物，低溫是生命的大敵；但在低溫的世界里，很多我們熟悉的東西發(fā)生了不可思議的變化，這讓人們產生了無限遐想。就如液氮中“死而復生”的金魚，人類能否也利用液氮冷凍自身，待醫(yī)學極度發(fā)展時再解凍“重生”，甚至，獲得永生？
金魚為何“死而復生”
我們生活的溫度，稱之為室溫；從室溫到-120℃，我們稱之為普冷，從-120℃到-272.15℃為低溫，低于-272.15℃，也就是低于1K，被稱為極低溫。我們常見的低溫環(huán)境主要是由液氮、液氦等低溫液體來保持的。液氮是將空氣中的氮氣液化得到的；液氦是將天然氣中的氦氣液化獲得的。液氮的在標準大氣壓下的沸點是77.3K（-195.8℃）；液氦的在標準大氣壓下的沸點是4.2K（-268.9℃）。
隨著溫度的降低，一些化學反應會減緩，甚至停止。zui典型的、且zui和我們相關的，就是生命的新陳代謝的反應。金魚的試驗就是這個道理。
這是為什么呢？原來，當水緩慢降溫時，會發(fā)生相變，變成晶體冰，體積會膨脹。但是，當水迅速降溫時，液體水會變成固體的冰，我們稱之為非晶冰。非晶冰的體積與水的體積沒有變化。
我們知道生命體的主要物質是水。所以，生命體若是緩慢降溫，其體內細胞內的、血管內的水變成晶體冰后，體積膨脹，從而脹破細胞或血管，進而造成生命體的傷害或者死亡；若是迅速降溫，水成為非晶冰，體積沒有變化，則不會造成傷害，只是讓生命體的新陳代謝停止，生命被暫停、保存。當生命體迅速回到室溫時，在溫度激發(fā)下，各個反應又開始進行，也就是又開始了新陳代謝。
冷凍能不能成功，這就涉及低溫保持生命的成功的關鍵——降溫速度了。要想得到非晶冰，降溫速度要非常快，甚至要到100萬K/S。對于微小的生物，如細菌、精子、卵子等大小的生物，相對容易滿足這個要求（當然，實際操作還要復雜些）。因而，生命得以保存。這在醫(yī)學上和生物學上，已經很普遍使用了。
人能否一樣“冷凍”
人們不禁要問：“可不可以將人冷凍起來，待將來的某一天再活過來，去看看將來的世界，或者去治愈現(xiàn)在無法治愈的疾病呢？”
對于體積比較大的生物，如人，就很難實現(xiàn)全部水分都滿足這個要求了。因為冷量是從體表往體內傳導的，而人體的導熱不是很好，所以，身體內部就只能緩慢降溫了。那就會導致身體內部的水變成晶體冰，破壞了身體內部的組織，也可能致使細胞脫水，從而破壞了細胞——通俗的講，可能身體表面很好的保存了，但內部則損傷了。另外，升溫過程也很難內部和外部同時迅速升溫，這個過程更容易將生命體的組織破壞。對于人體冷凍，我們今天的科技水平還遠遠未達到。
但是，已經有者在進行“體驗”了。大致的做法是：首先，要由醫(yī)生宣布是法律上的死亡后，將血液抽出來，而后注入類似甘油等高熱導、固液相變前后體積變化不大的液體，而后迅速放入液氮中，并長期保存。剩下的事情就是等待了。等到將來的某一天，科技水平達到了——能夠實現(xiàn)升溫的要求，醫(yī)學上也能治愈受試者的疾病，并且能讓他生活一段時間的時候，再將他“激活”。
這種可能性是有的。例如用THz的微波給人體加熱，既能給人體升溫，又不破壞各個細胞；生物和醫(yī)學水平的提高，也很有可能恢復受傷的組織。
但，這只是有可能罷了。首先，我們的冷凍技術過關嗎？因為沒有復活的經驗，我們也無法驗證冷凍技術。其次，我們的某些組織是不是有可能就根本無法恢復呢？還有，我們的意識還會存在嗎？
其實，一系列偶然的事件綜合起來，才導致地球上有了生命，有了人類。而作為有思想的動物，我們努力認識自然、改造自然。但這不意味著我們能改造一切！對于人體冷凍，我們要努力探索，因為這對人類非常重要，但同時也要知道，這只是有可能罷了。
所以，我們過好每一天吧！
低溫的現(xiàn)實應用
低溫會讓物體發(fā)生很多有趣的變化，這些變化已經應用在生產、生活中。
比如，低溫會讓物質的體積發(fā)生變化，在工業(yè)上有很多應用。隨著溫度的降低，組成物質的分子或原子的運動也會減弱，從而“活動”空間減小，宏觀上顯現(xiàn)出體積的減小。這就是我們熟悉的熱脹冷縮現(xiàn)象，絕大多數(shù)物質都遵循這個規(guī)律。
以一個人們常見的實驗現(xiàn)象為例：將吹鼓的氣球接近低溫液體，氣球就會慢慢變小，當離開低溫液體時，又會慢慢變大。這是因為氣體分子之間的間距比較大，因而隨著溫度變化體積變化也很大。
固體材料也有同樣的現(xiàn)象，但由于分子或原子間距離要小很多，因而不那么明顯了。例如我們常見的不銹鋼，從室溫到液氮溫度，只收縮約千分之三。但這千分之幾的收縮率，也會給我們帶來用處。例如，有些公司將某些部件冷卻到低溫，再與其他部件緊密安裝到一起，等冷卻部件回到室溫，體積增大后，就實現(xiàn)了常溫下無法達到的“緊密結合”。
我也曾設想將液氮突然加熱，使之迅速氣化，體積膨脹后，推動活塞運動，就可以作為發(fā)動機使用了！那或許將成為另一種新型的能源方式。我相信，低溫的液氮還有其他方面的應用，感興趣的讀者，可以自己構想和實驗！
再比如，低溫會讓粒子間相互作用發(fā)生變化。隨著溫度的降低，組成物質的粒子們無規(guī)則運動減少，當粒子們慢慢“安靜”下來時，它們之間的相互作用就會凸顯出來。這里說的粒子既包括原子、分子、電子，也包括聲子、磁子等準粒子。人們熟知的超導現(xiàn)象就是熱運動減少后，電子和電子的相互作用凸顯出來，形成了庫珀對，宏觀上表現(xiàn)為電阻為零的現(xiàn)象。
這有什么用嗎？當然有！有的制藥公司，會將一些珍貴藥材在低溫環(huán)境中磨碎，藥材的顆粒會更小。而顆粒越小，越有利于人體的吸收；還有就是對廢橡膠制品的處理，也是同樣原理。基于這種原理生產的企業(yè)有很多，并有專業(yè)名稱——低溫粉碎。
低溫下，還有許多其他的現(xiàn)象，例如有些材料在室溫時沒有磁性，而在低溫下會像吸鐵石一樣有磁性，有的材料會在低溫下有很大的熱容，還有量子現(xiàn)象等等都在低溫下才能顯現(xiàn)出來。
這些，也正是我們的研究方向。希望更多人來參與，探索新的材料或新的現(xiàn)象，或者將這些現(xiàn)象應用到我們的生產、生活中。（蘇少奎作者為中科院物理所工程師）