科学|所谓绝对零度,就是绝对无法达到的温度,因为它会让时间失去意义


科学|所谓绝对零度,就是绝对无法达到的温度,因为它会让时间失去意义
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科学|所谓绝对零度,就是绝对无法达到的温度,因为它会让时间失去意义
什么是寒冷?对于普通人而言 , 零度就是寒冷 , 因为这是标准大气压下冰水混合物的温度 , 如果温度再低一点 , 水就会完全结成坚硬的冰 。
不过零度并不是世界上最低的温度 , 世界上最低的温度被称为绝对零度 , 也就是零下273.15摄氏度 。 绝对零度的提出是理论推导和实验证明的结果 , 而在宇宙之中并没有达到绝对零度的物质存在 。 对于人类而言 , 南极的寒冷足以令人战栗 , 但迄今为止在南极录得的最低温度也没有超过零下90摄氏度 , 而这与绝对零度还差得十分遥远 。 不过在航天工程中 , 有一种不可或缺的物质温度与绝对零度较为接近 , 那就是火箭的燃料液氢 。 我们通常所见的氢都是以气体的形式存在的 , 而在标准大气压下 , 如果温度达到了零下252.87摄氏度 , 那么氢就会变为一种无色的液体 , 这就是液氢 。
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不过液氢也不是最低温的事物 , 宇宙的温度比它还低 。
宇宙自诞生之后 , 一直处于冷却之中 , 而最新测得的宇宙微波背景辐射温度为零下270.42摄氏度 , 这已经与绝对零度非常接近了 。 那么是否还能够更接近于绝对零度呢?可以 , 在实验室中 , 科学家们曾经把金属铑冷却到了零下273.1499999999摄氏度 , 与绝对零度只差了0.0000000001度 。 既然只差了0.0000000001度 , 为什么不加把劲 , 把它冷却到绝对零度呢?这是因为绝对零度是绝对无法达到的温度 , 无论采用何种方法都不可能实现 。
要弄清个中原因 , 我们必须先要明白温度是什么?在很多人的概念中 , 温度就代表着冷与热 , 而这只是我们身体对于温度的感知 , 而并不是温度的本质 , 温度的本质其实是运动 。
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宇宙中的一切都是由物质所构成的 , 而从微观角度来看 , 所有的物质都由基本粒子所组成 。
而粒子始终处于运动之中 , 而运动产生温度 , 或者我们也可以说运动本身就是温度 。 而温度的高与低就取决于运动的快与慢 。 举例而言 , 一块烧红的铁 , 它内部的粒子运动速度是非常快的 , 而一块冰冷的石头 , 它内部的运动也从未停歇 , 只不过相对于炽热的铁块而言 , 它内部粒子的运动速度较慢而已 。
【科学|所谓绝对零度,就是绝对无法达到的温度,因为它会让时间失去意义】其实 , 说温度取决于运动的快与慢并不是十分准确 , 更为准确地说应该是取决于运动所产生的动能 , 因为运动的速度是有限的 , 最快不可超越光速 , 但动能就不同了 , 粒子的动能并没有确定的上限 , 也就是说温度并没有确定的上限 。 而通常所说的普朗克温度只是现代物理学所能够描述的最高温度 , 而并不代表了理论上可能达到的最高温 。
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温度没有上限 , 但却有着明确的下限 , 这个下限就是零下273.15摄氏度 , 也就是绝对零度 。 温度为什么会有下限呢?因为粒子的运动不会停止 , 粒子的运动速度可以很慢 , 但绝对不会静止 。
如果粒子真正停止了运动 , 那么《三体》中“没有物理”的梗就会成真 , 也就是说整个物理学会因此崩塌 。 正如我们所有人都知道的那样 , 现代物理学的两大支柱是量子力学和广义相对论 , 量子力学着眼于微观世界 , 可以完美描述除引力以外的三种基本力 , 而相对论则在宏观世界中对引力进行了无可挑剔的阐述 。 而量子力学起始于不确定性原理 , 简言之就是无法同时测准粒子的位置和动量 , 可如果粒子能够静止不动 , 那么不确定性原理就被打破了 , 量子力学就崩塌了 。