“绝对零度”到底是多少度？

图片来源：Popular Mechanics

绝对零度，这是一个令无数人好奇的概念。我们都听说过这个温度，但对具体的数值和含义却知之甚少。这个神秘的绝对零度究竟是多少度？在这种极端的低温下，又会发生什么奇特的现象呢？今天，就让我们揭开绝对零度的神秘面纱，一探究竟。

绝对零度

绝对零度是指物体的温度为OK（开尔文），也即-273.15℃，是温度的最低限制，被认为是热力学、统计力学等学科中的重要基准。这个概念最早由英国物理学家威廉·汤姆逊提出，并在19世纪末由荷兰物理学家海克-昂斯洛发现。绝对零度的温度是OK，它表示所有物质分子的平均动能为零，这意味着物质不再具有温度或热能。当物质的温度接近绝对零度时，物质的性质会发生非常奇特而神秘的变化。如氦液在接近绝对零度时会变成一种称为超流体的神秘物质，它具有零粘度和无限的传热能力，而金属在接近绝对零度时则会表现出超导性质，电子可以在金属中自由传导。这使得近年来产生了大量无损制冷、高速电路和强磁场等新研究领域，被广泛应用于实验物理学、量子计算和生物医学等多个领域。

虽然绝对零度是理论上的极限，但人类无法将物体冷却到这种温度，因为它违背了热力学第三定律，即无法将任何物体在有限步骤内冷却到绝对零度。

绝对零度下的变化

图片来源：Dall-E

在分子层面，绝对零度标志着一切热运动的终结。在这个极端的低温下，分子的热振动几乎完全停止，原子和分子的振动和转动几近消失。这种情境下，物质的分子结构变得极其稳定，使得凝聚态物质的原子或分子更紧密地相互贴近，形成了一种特殊的物态。如超流体和超导体，在特定温度下会失去原有的特性，如黏性和电阻。它们可以在没有摩擦力或电阻的条件下流动。

这些现象只会在极低温的条件下出现，它们与分子热运动的减缓以及量子效应息息相关。绝对零度下，某些玻色子可能会聚集在相同的能级上，这种现象被称为玻色一爱因斯坦凝聚。这是一种独特的量子现象，它为我们揭示了新的物质态的可能性，同时也对量子物理学以及潜在的应用领域具有重要的意义。

此外，尽管分子在绝对零度下的平均动能趋近于零，但它们仍然会以量子波动的形式进行微小的振动。这种微小的振动对物质的性质和结构产生着深远的影响，也是量子力学的基本现象之一。

最后，一些绝缘体在温度足够低的情况下可能会变成导体，这种现象被称为绝缘体到导体的转变。在绝对零度下，原子的振动几乎消失，这使得电子可以在晶格中自由移动，从而产生了导电性。

总的来说，绝对零度不仅是自然科学中的一个重要概念，更是探索量子世界的一扇门户。在这个极端的温度下，物质呈现出许多独特和令人惊奇的性质。这些性质不仅加深了我们对自然界的理解，也为科学技术创新提供了无尽的可能性。

图片来源：Dall-E

图片来源：Dall-E

绝对零度无法达到

在太阳系的边缘，冰冷的冥王星孤独地绕着太阳旋转，其表面温度有时会低至零下248℃。然而，当我们仰望宇宙的深邃空间时，我们会发现那里的温度比冥王星还要低。太空的背景温度已经低到了零下270.3℃，这个温度被科学家们称为3K。在宇宙诞生的时候，温度极高，随后便经历了一场迅速的膨胀过程，就像一颗炸弹爆炸一样，核心的温度随着能量的扩散而逐渐降低。随着时间的推移，宇宙空间中的余温冷却到了我们今天所称的宇宙微波背景辐射，这是能量以电磁波的形式向外辐射的结果。

在距离地球5000光年的地方，有一个被称为“布莫让星云”的天体。这是一个自然形成的宇宙“极地”，其最低温度达到了零下272℃，比宇宙的背景温度还要低2℃。然而，这并不是正常的现象。科学家们分析，太空接近于真空，因此热传递的速度很慢。布莫让星云是演化到末期的恒星以164公里每秒的速度向外抛洒的气体分子所形成的星云。当这些星云在内部的压强作用下膨胀时，就像爆炸一样：气體绝热膨胀，体积增大，温度就会下降，因此它的温度低于背景温度。尽管人类在实验室中创造了0.5×10^-7K的最低纪录，但这个温度却无法达到绝对零度。

绝对零度意味着绝对静止，而根据量子力学中的测不准原则，我们无法同时测得粒子的位置与动量。如果一个粒子绝对静止，那么它的速度和动量就都是零，这显然是不可能存在的。因此，绝对零度可以无限接近，但永远无法达到。因为组成物质的基本粒子要维持它们的量子特性。

宇宙中存在最高温度

宇宙的最高温度是一个难以想象的数字，它是由宇宙大爆炸的瞬间产生的。在这个温度下，所有的物质和能量都聚集在一个极小的空间内，形成了宇宙的初始状态。在大爆炸后的瞬间，宇宙的温度迅速上升，达到了我们无法想象的数值。

图片来源：Dall-E

根据科学家的计算，在宇宙诞生后的数秒钟内，它的温度就达到了万亿摄氏度。这个温度是如此之高，以至于所有的物质都被分解成了最基本的粒子，包括质子、中子和电子。随着宇宙的膨胀和冷却，这些基本粒子开始聚集在一起，形成了原子和分子。在这个过程中，宇宙的温度逐渐下降，最终达到了我们今天所知道的常温。虽然我们无法直接测量宇宙的最高温度，但科学家们通过观察宇宙微波背景辐射来推断出这个值。

宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸后留下的余温，它遍布整个宇宙，为科学家们提供了一个窥视宇宙早期状态的重要工具。通过分析宇宙微波背景辐射的数据，科学家们得出了宇宙的最高温度约为3000亿℃。这个温度与宇宙大爆炸时的瞬间温度相比已经下降了许多，但它仍然是一个非常高的数值。

总之，宇宙的最高温度是由宇宙大爆炸的瞬间产生的，它是一个难以想象的数字。尽管我们无法直接测量这个值，但我们可以通过观察宇宙微波背景辐射来推断它的大致范围。这个温度的存在和演变为我们理解宇宙的起源和演化提供了重要的线索。

在绝对零度中，光是冻成一根棍子还是一道波浪？

首先，咱们得明确一个点，那就是目前来说绝对零度是无法达到的，所以这个实验只能是设想。从现实的角度来看，绝对零度的原子应该是处于“绝对静止”状态的。如果有光介入，那么光中的原子就会打破这个静止状态。简单来说，光带来了运动的原子，这些运动的原子会打破静止状态，使其升温，这时就不再是绝对零度了。

当我们基于理论猜想的时候，可以想象一下被誉为“宇宙中跑得最快”的光，当被“定身”时会展现出怎样的形态。如果让大家来猜想，你是更支持光变成“棍子”形态还是变成“波浪”形态呢？如果是棍子形态的话，这种认知主要是基于几何光学。在中学物理课的时候，老师最常说的一句话就是“光是以直线传播的”。因此，许多人就觉得这样射出来的光，如果被绝对零度冻住，那也一定会成为一根笔直的“棍子”。

而如果是波浪形态呢？这就是从光的“波动说”出发了。最早提出光是粒子的牛顿用相关的实验证明了自己的看法。可是后来惠更斯在和牛顿探讨了之后，认为光应该是“波动”的。在光的“波动说”当中，认为光从本质上来说是一种“机械波”，所以大家觉得光会变成一道波浪大抵就是认为这种说法更可信。值得一提的是，如果按照光波动的传播理论来说，被冻住的可能不止是“一道波浪”而是“几道波浪”。

图片来源：Dall-E

此外，对于光到底是什么，爱因斯坦对粒子和波这两种颇有争议的观点进行了融合，提出光具有波粒二象性。其实在长达百年的争论之中，这两个观点都不能完全证明对方是错的，不如“取其精华去其糟粕”，然后再巧妙融合，就能得出一个正确的理论。

综上所述，大众对光的不同认知是导致其“形态”发生变化的主要原因。当然，这一切都是在理论当中实现的，如果真想在现实中做这项实验是没有办法的。首先绝对零度无法达到，其次即使有办法达到这个温度，光的形态也会受到其他因素的影响而无法保持稳定。因此，这个实验只能是设想。这就好比一场没有裁判的比赛，即使你胜利了，也可能因为某种原因被判定无效。

但是，这并不能阻止我们尝试去探索并发现更多有趣的东西。可以想象一下，除了常见的棍子和波浪形状之外，还有许多其他有趣的形状在等待着我们的发现。实际上，当科学家们深入探索绝对零度的奇妙世界时，他们发现了很多令人惊奇的景象。例如，在超低温环境下，那些你看不见的气体竟然会变成一种“神奇的流体”。这些奇妙的发现让我们更加相信，这个世界上还有许多未知等待着我们去探索和发现。

超低温世界下的奇观

气体是生活中普遍存在，却常常被忽视的东西。就像空气，我们每天都在呼吸它，却无法形容它的“模样”，只知道它时刻圍绕在我们身边。然而，当科学家在实验中不断降低温度时，这些看不见的气体开始显现出形态，就像“照妖镜”一样。以空气为例，当温度降至零下190℃时，空气会变成浅蓝色的液体。更令人惊奇的是，如果你折下一支鲜花放人液态空气中，它就会变成一支“玻璃花”，质地变得坚硬而脆。

当然，如果温度继续下降，气体的形态会再次发生变化。以氧气为例，在接近绝对零度的温度下，氧气会变成像“颗粒”一样，并且颜色也变成了白色。这些气体的变化已经让人感到惊奇。

接下来，我们再来说说在超低温环境下，金属的变化。温度计里的水银在低温环境下会变得坚硬无比，无法流动。这意味着我们通常使用的“水银温度计”无法测量超低温的温度。而通常在现实生活中非常坚固的钢，在低温环境下却变得脆弱。人们在现实生活中很难摔碎家里的不锈钢器具，即使外形有所改变也不会碎裂。但在超低温环境下，不锈钢制品变得和陶瓷碗一样脆弱，轻轻一碰就会“稀碎”。

我们对绝对零度的探索过程中发现了许多神奇的事情。尽管绝对零度仍然是一个理论上的极限，但通过对它的探索和研究，我们能够更深入地了解世界的本质和规律。随着科技的进步，我们对于零下273.15℃这个数值的探索也会越来越深入。

文章来源：科普吉林