Слово «криокинез» у многих ассоциируется с фантастическими фильмами и комиксами, где супергерои одним взмахом руки замораживают реки или создают ледяные щиты. Однако в реальной жизни криокинез — это не магия, а физика и техника низких температур. Наша способность управлять холодом, понижать температуру веществ до невероятных значений и использовать это для нужд человечества — вот настоящий супергеройский навык, доступный нам благодаря науке.
История управления холодом: от Фарадея до наших дней
Практика охлаждения имеет долгую и увлекательную историю. Важное открытие совершил в 1823 году англичанин Майкл Фарадей, добившийся сжижения нескольких разных газов, комбинируя высокое давление и низкие температуры. В 1835 году, продолжая опыты Фарадея, французский физик Тилорье придумал сухой лед (диоксид углерода), на основе которого были созданы и другие охлаждающие смеси (этиловый эфир, хлорметил).
С тех пор наука шагнула далеко вперед. Сегодня владение холодом — это сложная инженерная дисциплина. Как отмечается в фундаментальном труде П.Л. Капицы «Физика и техника низких температур», эта область включает в себя:
- Физические принципы получения низких температур и теоретические циклы холодильных машин;
- Основы теплообмена и термодинамику растворов;
- Изучение свойств холодильных агентов и теплоносителей;
- Рабочие схемы, процессы и конструкции холодильных машин;
- Конструкции теплообменной и вспомогательной аппаратуры;
- Автоматизацию холодильного оборудования.
Магия фазовых переходов: почему холод требует столько энергии
Чтобы понять, как работает «криокинез» в реальности, нужно осознать одну важную физическую особенность воды и других веществ. Для образования кристаллов льда в объеме необходимо приложить практически в семь раз больше энергии, чем для обычного охлаждения воды до нуля градусов. Это колоссальная скрытая теплота плавления/кристаллизации.
Это свойство веществ широко применяется при получении искусственного холода, когда требуется охладить продукт ниже температуры природного источника низкой температуры. Однако за всё приходится платить: в системах с промежуточным хладоносителем каждый лишний процент концентрации антифриза снижает теплоёмкость жидкости, что усложняет процесс отвода тепла.
Уровни реального криокинеза: от холодильника до ИТЭР
Бытовой и промышленный уровень
Холодильная и криогенная техника окружает нас повсюду — от бытовых холодильников до огромных промышленных систем заморозки и систем жизнеобеспечения. Специалисты, владеющие этой техникой, проходят серьезное обучение. Например, на кафедре Техники низких температур им. Веркина студенты начинают постигать дисциплины специальности еще на первых курсах магистратуры, изучая классические и современные экспериментальные результаты исследований свойств твердых тел в условиях глубокого охлаждения.
Глубокая криогеника и испытания материалов
Для проведения криогенных испытаний материалов используются специальные термокамеры, способные опускать температуру до -170 °C. При этом низкая температура в камере зависит от охлажденного объема, а также от объема тяг, входящих в камеру. Это критически важно для тестирования металлов и сплавов, которые будут работать в экстремальных условиях, например, в космосе.
Для более глубокого охлаждения применяются каскадные методы. Например, для водорода наиболее эффективным оказалось предварительное охлаждение газа, поступающего под давлением 15 МПа, жидким воздухом, кипящим при пониженном давлении (температура ниже -200 °C).
Сверхнизкие температуры и Атомная энергия 2.0
Все температуры ниже 0,3 K (Кельвина) — это область сверхнизких температур. Для их получения используются специальные, невероятно сложные методы охлаждения. Зачем они нужны? В первую очередь — для термоядерного синтеза.
Современная атомная энергетика невозможна без криогеники. Так, 07 апреля 2026 года Институт физики плазмы Китая завершил приёмочные испытания системы электропитания для стенда тестирования магнитов ИТЭР (международного термоядерного экспериментального реактора). Сверхпроводящие магниты реактора требуют охлаждения жидким гелием до температур, близких к абсолютному нулю. А совсем скоро, с 28 по 30 апреля 2026 года, в московском Тимирязев Центре пройдет 20-я Международная выставка вакуумного и криогенного оборудования VacuumCryoTech, где ведущие умы мира представят новейшие достижения в этой сфере.
Криобиология: криокинез над жизнью
Одно из самых захватывающих направлений практики охлаждения — крионика и криобиология. Здесь ученые сталкиваются с главной проблемой: быстое охлаждение позволяет использовать более низкие концентрации криопротекторов для предотвращения льдообразования, но быстрое охлаждение становится затрудненным с увеличением объёма тканей.
Токсичность криопротекторов снижается при низких температурах, и использование менее вязких смесей криопротекторов становится ключом к успешной витрификации (стеклованию) биологических объектов. Это настоящий «криокинез» — попытка остановить время для живого организма, погрузив его в холодный анабиоз.
Криокинез в реальной жизни — это не сверхспособность, а результат многовековой работы блестящих умов: от Майкла Фарадея до инженеров ИТЭР. Это сложная наука, описанная в многотомных трудах и изучаемая в ведущих институтах (таких как Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины, издающий журнал «Физика низких температур»). Каждый раз, когда вы открываете холодильник, или когда ученые запускают термоядерный реактор, — физика низких температур творит свою тихую, ледяную магию, меняя наш мир к лучшему.