Чому нагріти тіло досить легко (запаліть сірник, і ви миттєво отримаєте температуру в 1000 ° С), а ось охолодити - навіть на 100-200 градусів досить складне технічне завдання? Причина в тому, що збільшення температури призводить до посилення теплового хаотичного руху, до збільшення безладу в системі. А саме в цьому напрямку самі йдуть термодинамічні процеси (див. Термодинаміка). При охолодженні, навпаки, доводиться придумувати обхідні шляхи, компенсувати зменшення безладу іншими способами.
Найбільш поширений спосіб охолодити систему - це теплоизолировать її і змусити виконати роботу. Наприклад, газ в посудині з поршнем, розширюючись, здійснює роботу, і якщо його теплоизолировать, то згідно із законом збереження енергії внутрішня енергія і відповідно температура газу зменшуються. При цьому і закон зростання ентропії, звичайно, не порушується, так як ступінь безладдя (ентропія) залежить не тільки від температури, але і від обсягу системи. Такий спосіб охолодження називають детандерна (детандер - посудину з поршнем), і він в удосконаленому вигляді знайшов саме широке поширення в сучасній техніці отримання низьких температур.
Для охолодження тел до низьких температур зазвичай використовують зріджені гази. Адже якщо тіло помістити в таку рідину, то збільшиться тільки інтенсивність кипіння, а температура рідини залишиться незмінною, поки вона вся не википить.
Багато зріджені гази мають дуже низькі температури кипіння. Скраплення кисню вперше здійснив в 1877 р французький інженер Л. Кальетё і тим самим зумів досягти температури -183 ° С (температура кипіння кисню при нормальному тиску), а в початку 1878 р він скраплений азот (-196 ° С). В цьому ж році швейцарському вченому Р. Пикте вдалося скраплений повітря, використовуючи метод каскадного охолодження (рідина, отриману після скраплення одного газу, можна потім використовувати для скраплення наступного з більш низькою температурою кипіння і т. Д.).
Наступна ділянка шляху до абсолютного нуля подолав англійський учений Дж. Дьюар. Низьку температуру треба не тільки створити, але й утримати. Для зберігання рідких газів він придумав так званий посудину Дьюара. Термос, яким всі звикли користуватися, - це типовий посудину Дьюара. Теплоізоляція здійснюється за рахунок вакууму між скляними стінками. Дьюар запропонував свою конструкцію в 1892 р і вона була настільки хороша, що залишилася майже незмінною до наших днів. У 1898 р Дьюар отримав рідкий водень з температурою кипіння -252,6 ° С. Ще більш низьку температуру кипіння має рідкий гелій -268,8 ° С. Його вперше отримав нідерландський учений X. Камерлінг-Оннес.
Дослідження при низьких температурах - дуже важливий розділ фізики. Справа в тому, що таким чином можна позбутися від перешкод, пов'язаних з хаотичним тепловим рухом, і вивчати явища в «чистому» вигляді. Особливо важливо це при дослідженні квантових закономірностей (див. Квантова механіка). Зазвичай через хаотичного теплового руху відбувається усереднення фізичної величини по великому числу її різних значень і квантові стрибки «замазуються». Однак при низьких температурах стає можливим спостерігати макроскопічні квантові явища - надпровідність і надтекучість.
Дуже низькі температури отримують за допомогою магнітного охолодження. Для цього використовують парамагнітні солі, молекули яких, подібно маленьким магнітик, мають магнітними моментами. Ці моменти орієнтовані хаотично, але в зовнішньому полі вони вишиковуються уздовж його напрямки. Тому, вимикаючи поле, можна збільшити безлад в системі і, теплоізольовані систему, домогтися зменшення температури. Таким способом вдається отримати температуру, всього на стотисячну частку градуса відрізняється від абсолютного нуля.
Зараз є і інші способи отримання наднизьких температур. Відзначимо, що і саме значення абсолютного нуля за шкалою Цельсія теж уточнилось. Це -273,15 ° С.