火星一号如果温度达到绝对零度会怎样?


火星一号如果温度达到绝对零度会怎样?
本文插图
在地球上 , 人类曾经在南极记录到了最低的自然温度 , 达到了零下89.2摄氏度(-89.2 ℃) 。 不过 , 人类可以制造出比这更低的温度 。 以常见的液氮为例 , 其温度仅为-196 ℃ , 氮分子在这种低温下呈现为液态 。 液氢是火箭常用的一种燃料 , 其温度更是低至-253 ℃ 。
那么 , 温度最低可以冷到什么程度呢?
火星一号如果温度达到绝对零度会怎样?
本文插图
物质是由各种粒子构成的 , 粒子的永不停歇热运动给予了物质温度 。 因此 , 粒子的动能越大 , 它们所组成物体的温度也就会越高 。 虽然粒子的最快速度是有限的光速 , 但由于相对论效应 , 粒子的动能可以是无限的 , 所以温度可以无限升高 。
不过 , 目前的物理学所能描述的最高温度是普朗克温度 , 其大小约为1.42×10^32度 , 这个温度只在138亿年前宇宙大爆炸的一瞬间达到过 。 对于普朗克温度以上的状态 , 现代物理学还无法描述 , 只能等待未来量子力学的创立 。
【火星一号如果温度达到绝对零度会怎样?】
火星一号如果温度达到绝对零度会怎样?
本文插图
另一方面 , 如果要让温度变得足够低 , 就要让粒子的动能变得足够小 。 那么 , 粒子的动能最小是多少呢?
显然 , 当粒子不再运动时 , 动能为零时是最小值 。 此时 , 温度也会降到最低 , 对应的温度被称为绝对零度 , 其大小为-273.15 ℃(或者0 K) , 这是根据实验结合理论推导出来的结果 。 正因为如此 , 温度不会无限降低 , 绝对零度是温度的下限 。
火星一号如果温度达到绝对零度会怎样?
本文插图
宇宙在最初时刻达到过普朗克温度 , 但绝对零度无论如何都达不到 。 经过138亿年的膨胀冷却 , 目前整个宇宙的平均温度为-270.42 ℃(宇宙微波背景辐射的温度) , 仍然比绝对零度高了2.73度 。
目前已知最接近绝对零度的温度是在实验室中实现的 , 物理学家把一块金属铑冷却到了-273.1499999999 ℃ , 但仍然高出绝对零度0.0000000001度 , 就是无法达到绝对零度 。
那么 , 为什么温度不能冷却到绝对零度?
火星一号如果温度达到绝对零度会怎样?
本文插图
爱因斯坦的相对论表明 , 宇宙中不存在绝对静止的参照系 , 任何物体都存在某种运动 , 静止只是相对的 。 另一方面 , 量子力学表明 , 粒子不会停止运动 , 否则它们的位置和动量就能同时被精确测量出来 , 从而违背不确定性原理 。 因此 , 粒子的动能始终大于零 , 温度始终会高于绝对零度 。
如果宇宙达到绝对零度又会怎样?
首先 , 当温度达到绝对零度时 , 现代物理学的两大基石——相对论和量子力学都会崩溃 , 这与超过普朗克温度的情况一样 。 不仅如此 , 就连时间和空间的意义都会消失 。
火星一号如果温度达到绝对零度会怎样?
本文插图
在绝对零度的宇宙中 , 一切能量都会完全耗尽 , 空间中没有任何能量 , 宇宙不再发生任何变化 , 时间完全停止 , 或者说时间变得没有意义 。 那么 , 宇宙真的会耗尽所有能量吗?
热力学第二定律 , 即熵增原理表明 , 宇宙最终确实会耗尽能量 , 但不是所有能量 , 而是有用能量 , 它们都转变成热能 。 到了那时 , 宇宙将保持最低但非零的能量状态 , 温度最终达到了热平衡 , 但不是绝对零度 。