物質的形态會随着周圍的環境溫度的變化而随之發生變化。
液氮的結冰點(-196℃)是超越我們常識低溫,但是并不是宇宙最低溫度。絕對零度是熱力學的最低溫度,根據熱力學第三定律,0K就等于等于攝氏溫标零下273.15度(-273.15℃),但是絕對零度永遠無法達到。
這是由于在理論上認為,絕對零度的條件下,物體的分子就沒了動能和勢能,内能就變成了0,絕對零度就變成了“死亡”。
宇宙中為什麼沒有物質可以達到絕對零度?這就要從溫度的本質說起,溫度源于運動,我們一定都聽說過摩擦起熱,就是兩個物體相互摩擦就會産生熱量,這也是物體的運動。再往深處說就是溫度的産生,溫度也就是分子或原子之間的震動而産生的,本質上也是運動産生。
所以物質内分子和原子振動的越快,溫度就越高,反之,振動得越慢,溫度就越低。也就是說當物質内的分子原子處于完全靜止狀态,就可以達到絕對零度。但是任何物質的分子和原子都不可能是完全靜止的。
就拿一塊靜止不動的石頭來說,其實在石頭内部分子是始終處于運動狀态,隻不過運動速度緩慢,所以石頭摸起來溫度并不高。從另一個角度來說,我們存在的空間裡,所有的都存在能量和熱量,我們又知道能量是守恒的,隻能轉移或者轉換不能消失,所以絕對零度是不可能達到的極值。
理論上說絕對零度是無法得到的,這是因為就算你把物體降低成了絕對零度,但是還有周圍環境的影響,周圍環境可以通過輻射等方式傳遞能量給它,它的溫度就會提升。
愛因斯坦曾經預言過一種玻色子的特殊狀态,被稱為玻色·愛因斯坦凝聚态,可以實現超低溫。NASA還計劃會在太空建立宇宙最冷實驗室,溫度為二十萬億分之一開爾文。施耐德還利用鉀原子超冷量子氣體,加上磁場的變化,實現了瞬間的負溫度,最終溫度達到了負十億分之幾開氏度。而且2001的諾貝爾物理學獎獲得者表面,在特殊的磁場中絕對零度是可以實現的。
絕對的零度就代表看絕對的靜止,我們知道光速是宇宙最快的速度,運動速度就達到了每秒30萬千米。那如果光變成了絕對了靜止會變成什麼樣子?會變成一根冰棍嗎?
其實并不是這樣的。粒子在接近絕對零度的時候會出現玻色-愛因斯坦凝聚态,就會呈現出一種氣體的,超流體的狀态。光子的本質是一種規範玻色子,所以絕對靜止的光看起來是一種氣體。其實不僅僅是光,就算是任何一種物質在達到絕對零度之後所變成的樣子都是會超越我們的認知。
絕對零度的實現是對人類的一個挑戰,也是對宇宙的一種挑戰。
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