连“光”都能冻住!负273.15度的“绝对零度”,到底是什么概念?

萌萌知识馆 2023-03-30 18:40:40

在我们的日常生活当中,冬天穿棉袄,夏天穿短袖,是我们习以为常的事情,这是因为我们的身体对“冷与热”,是有直接的感知的。当我们冷的时候就会穿厚一点,热的时候就会穿薄一点。

但是你有没有想过这样一个问题,究竟什么是冷与热,或者换句话来说,究竟什么是“温度”呢?

在以前,科学家们是从热力学的角度考虑过这个问题的,有一种有趣的说法:起初科学家认为热是一种物质,而这种物质就像空气一样,看不见,摸不着,但这种物质是的的确确存在的。

但是科学家们很快就推翻了这一观点,因为当我们发现摩擦生热时,并没有新的物质产生。经过科学家们的研究,终于从微观的角度,得到了关于“温度”的正确的结论,即:温度的本质实际上是物体分子热运动的强度。

简单来说就是,物体的粒子运动的速度越快,那么便可以认为它的温度就越高。

我们都知道,我们宇宙中的一切物质都是由单个粒子组成的,而这些单个例子无时无刻不在无规律的运动当中,这些粒子的运动速度越快,那么物体的温度就会越高。如果你能理解这句话的话,那么你也就能理解什么是绝对零度了。

也就是说,绝对零度指的是当物体的分子几乎没有任何运动时,这个时候物体的温度就会达到一个极限的值,这个极限值就是零下273.15℃,即绝对零度。

什么是绝对零度?

像上文我们刚才说的那样,科学家们认为零下273.15℃就是绝对零度。绝对零度的本质就是,物体的分子是不产生任何运动的,也就是说,为了能够达到绝对零度,分子是必须保持静止的,这在我们现实当中可能是完全无法达到的。

而实际上也确实如此。我们的宇宙当中有大量的高温现象,却很少有极低温的现象。自从我们的宇宙大爆炸以来,在宇宙当中还没有发现过绝对零度,只曾经发现过“接近绝对零度”的地方,这个地方就是回旋镖星云。

宇宙中最冷的地方:回旋镖星云

回旋镖星云距离我们的地球大约有5000光年的距离,是目前已知的宇宙中最冷的地方之一。回旋镖星云是一个不断膨胀的气体云,其温度约为1K,是宇宙当中自然存在的,世界上最冷的地方。(K是热力学温度的单位,就类似于摄氏度C,零K就表示我们平时说的绝对零度-273.15摄氏度,那么1K就是-272.15摄氏度)

为什么说是自然界存在的最冷的地方呢?因为其实我们人类的技术早已经突破了这个温度。也就是说人类在地球上所实现的降温技术,是已经能够达到比回旋镖星云还冷的温度的。

2003年,麻省理工学院的研究人员利用激光束减慢了钠原子的速度,将这些钠原子的温度降低在了绝对零度以上的1/10亿摄氏度,而这一实验便成为了我们人类历史上第一次达到“最接近绝对零度”的世界纪录。

而在我们地球以外,最冷的地方其实也是人造的,宇航员曾经在国际站上进行了一项名为冷原子实验室的实验,其温度可以比空旷的空间冷3000万倍。而美国宇航局喷气推进实验室的罗伯特是该实验研究人员之一,他说:“我有这个实验的想法已经有20多年了,直到今年我看到了这次实验的成功,让我觉得非常的难以置信。这也代表着我们人类的技术,有了一次重大的突破,我感到非常的欣慰。”

高温是否有上限?

了解完了宇宙当中最低的温度,那么不知道屏幕前的你是否好奇,我们的宇宙的高温是否有上限呢?

而研究宇宙中温度的上限,其实也一直是科学家们的关注焦点。既然通过上文我们了解到了宇宙当中的最低温度是零下273.15度,那么最高温度到底是多少呢?究竟有没有上限?还是说宇宙当中的最高温度是正无穷?毕竟,如果拿分子的运动程度衡量温度的话,那么从这一观点来理解,是否就代表着温度是没有上限的呢?

起初科学家们认为温度是没有上限的。因为我们发现了太多大质量的恒星的温度是远高于我们的太阳的。但是随着新理论的不断出现,随着人类的科技的不断进步,科学家们也意识到了,高温其实也是有上限的。而高温是不可能无限高的。为什么这么说呢?这其实还是要归功于光速。

伟大的物理学家爱因斯坦,他的狭义相对论告诉我们:光速是万物的速度的极限。也就是说物体的分子的运动速度是不可能超过光速的,而既然运动速度不可能超过这个极限值,那么其实温度也是有上限的。

经过科学家们历年的计算与研究,科学家们最终得出了宇宙温度的上限,这个上限就是所谓的“普朗克温度”。如果用数学来表示的话,那么这个温度大约是1.4亿亿亿度。

也就是说我们的宇宙的最高温是有上限的,这个上线就是1.4亿亿亿度,这个数字对我们人类来说,是相当恐怖的。

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