เรามีความรู้สึกเกี่ยวกับเรื่องหนาวและร้อนมาตั้งแต่เด็ก เช่น เวลาดื่มนม น้ำนมต้องไม่ร้อนจัด เวลาอาบน้ำ น้ำต้องอุ่น และเวลาอากาศข้างนอกหนาว ต้องสวมเสื้อผ้าหนาๆ เป็นต้น เมื่อเติบโตเข้าโรงเรียน เราได้เรียนเรื่องอุณหภูมิว่า เป็นสิ่งที่บอกระดับสูง-ต่ำของความร้อน เช่น ที่อุณหภูมิ 0°C น้ำจะกลายเป็นน้ำแข็ง และน้ำจะเดือดที่อุณหภูมิ 100°C นอกจากนี้อุณหภูมิก็ยังเป็นตัวกำหนดการเปลี่ยนสถานะของสสารด้วย เช่น แก๊สออกซิเจนจะกลายเป็นของเหลวที่อุณหภูมิ -183°C ส่วนแก๊สไนโตรเจนก็จะเปลี่ยนสภาพเป็นของเหลวที่อุณหภูมิ -196°C เป็นต้น คำถามที่นักวิทยาศาสตร์สงสัย คือ เมื่ออุณหภูมิสูงมีค่าไม่จำกัด คือ จะร้อนถึงกี่ร้อยกี่พันล้านองศาเซลเซียสก็ได้ แล้วอุณหภูมิต่ำสุด จะมีค่าเป็นลบได้มากที่สุดเพียงใด ในปี 1906 Walter Nernst ได้ศึกษาเรื่องนี้ และได้ตั้งกฏข้อที่สามของวิชาอุณหพลศาสตร์ (thermodynamics) ว่าที่อุณหภูมิ -273.15°C ซึ่งเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า ศูนย์องศาสัมบูรณ์ ปริมาณความไม่เป็นระเบียบ (entropy) ของระบบจะมีค่าเท่ากับศูนย์ นั่นคือ ระบบจะมีความเป็นระเบียบอย่างสมบูรณ์ แต่อะตอมซึ่งเป็นทุกส่วนของระบบจะหยุดเคลื่อนที่ไม่ได้ตามหลักกลศาสตร์ควอนตัม นั่นจึงหมายความว่า อุณหภูมิศูนย์องศาสัมบูรณ์เป็นอุณหภูมิต่ำสุดที่เอกภพสามารถจะมีได้ หรืออีกนัยหนึ่งมนุษย์ไม่สามารถทำให้สสารใดมีอุณหภูมิต่ำกว่า -273.15°C ได้ หรือถ้าจะได้ ก็ต้องใช้เวลานานอสงไขยปี ผลงานนี้ทำให้ Nernst ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 1920 และนับตั้งแต่วันที่นักฟิสิกส์รู้ว่า ศูนย์องศาสัมบูรณ์มีได้เฉพาะในทฤษฎี แต่มีไม่ได้ในทางปฏิบัติ นักวิทยาศาสตร์หลายคนได้พยายามหาวิธีการที่จะล้มกฎข้อที่ 3 โดยการค้นหาเส้นทางและวิธีการที่จะไปถึงจุดศูนย์องศาสัมบูรณ์ให้จงได้ ในทำนองเดียวกับที่นักผจญภัยในอดีตพยายามจะเป็นคนแรกที่เดินทางถึงขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ แต่ความแตกต่างก็มีตรงที่ Robert Peary และ Raold Amundsen สามารถทำได้สำเร็จ ในกรณีของขั้วโลกทั้งสอง แต่สำหรับการเดินทางถึงศูนย์องศาสัมบูรณ์นั้น นักฟิสิกส์ตระหนักดีว่า จะไม่มีใครทำได้ ไม่ว่าในชาตินี้ หรือชาติไหน กระนั้นหลายคนก็ได้พยายามจะไป และตลอดเส้นทางก็ได้พบ ได้เห็น และได้เข้าใจในความอัศจรรย์ของธรรมชาติที่อุณหภูมิต่ำมาก จนสามารถนำปรากฏการณ์ที่พบเห็นไปประยุกต์สร้างเทคโนโลยีได้มากมายและหลากหลาย เช่น ในปี 1898 James Dewar สามารถทำไฮโดรเจนเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิ -250°C ในปี 1908 Kamerlingh Onnes ได้พบว่าแก๊สฮีเลียมจะกลายสภาพเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิ -269°C การมีฮีเลียมเหลวทำให้ Onnes พบว่า ธาตุบางชนิด เช่น ปรอท อลูมิเนียม ฯลฯ เวลาอุณหภูมิลดต่ำมาก จะสูญเสียสภาพต้านทานไฟฟ้าไปอย่างสมบูรณ์ในทันที “นั่นคือ Onnes ได้พบปรากฏการณ์สภาพนำยวดยิ่ง (superconductivity) ผลงานการเปิดโลกวิทยาศาสตร์ของสสารที่มีอุณหภูมิต่ำมากนี้ทำให้ Onnes ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1913 ทั้งๆ ที่ผู้คนในเวลานั้นยังไม่เห็นประโยชน์ทางเทคโลยีเหมือนเราในปัจจุบันที่ทุกคนได้ประจักษ์แล้วว่า ตัวนำยวดยิ่งเป็นวัสดุสำคัญที่ใช้ในการสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงเพื่อใช้ในอุปกรณ์ MRI เวลาแพทย์ต้องการตรวจสภาพภายในของอวัยวะต่างๆ ในร่างกาย ตลอดจนถึงการใช้เบนเส้นทางเคลื่อนที่ของอนุภาค proton ที่มีความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสง ให้โค้งไปรอบๆ ในเครื่องเร่งอนุภาค LHC (Large Hadron Collider) ที่ CERN ในประเทศสวิสเซอร์แลนด์ กระนั้นการศึกษาธรรมชาติของสสารที่อุณหภูมิต่ำก็ยังไม่ยุติ เพราะอุณหภูมิยิ่งต่ำ ความประหลาดก็ยิ่งปรากฏ สืบเนื่องมาจากการที่เรากำลังก้าวเข้าสู่โลกควอนตัมที่แปลกและประหลาดอย่างเหลือเชื่อ เช่น ในปี 1937 Peter Kapitza ได้พบว่า He-4 เป็นของเหลวยวดยิ่ง (superfluid) ที่สามารถไหลไปในท่อได้อย่างไร้แรงหนืดใดๆ มาต่อต้าน โดยปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 2.17K สำหรับการเรียกอุณหภูมิเป็นเคลวิน (K) นั้น เป็นที่นิยม โดยได้กำหนดให้ 273K (°C) คืออุณหภูมิที่น้ำแข็งตัว เมื่อเป็นเช่นนี้ 184K (-89°C) จึงเป็นอุณหภูมิต่ำสุดที่เคยวัดได้บนโลก และ 138K (-135°C) คือสถิติอุณหภูมิสูงสุดของตัวนำยวดยิ่ง ส่วน 2.73K คือ อุณหภูมิโดยเฉลี่ยของเอกภพ ซึ่งเป็นอุณหภูมิของรังสีไมโครเวฟภูมิหลังที่มีอยู่ทั่วไปในอวกาศ และ 1.9K คืออุณหภูมิของแท่งแม่เหล็กในอุปกรณ์ LHC เพื่อให้สามารถทำงานได้จนพบอนุภาค Higgs boson และ 1K คือ สถิติอุณหภูมิต่ำสุดที่ยานอวกาศเคยวัดได้ ขณะทะยานไปสำรวจเอกภพ ผลงานนี้ทำให้ Kapitza ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1978 ถึงปี 1971 David Lee, Douglas Osheroff และ Robert Richardson ได้พบว่า He-3 เป็นของเหลวยวดยิ่งด้วย ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0.003 K (เราเรียก He-4 เพราะนิวเคลียสของมันประกอบด้วย proton 2 อนุภาค และ neutron 2 อนุภาค และเรียก He-3 เพราะนิวเคลียสของมันมี proton 2 อนุภาค และ neutron 1 อนุภาค การพบปรากฏการณ์ของเหลวยวดยิ่งใน He-3 ทำให้ Lee, Osheroff กับ Richardson ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1996 Manager online 21.09.18