宇宙中最低温零下273.15度,绝对零度为何不能被突破?

宇宙时空探索 2023-07-21 16:21:39

日常生活中,温度有高有低,在我们看来这很正常。但是这并不意味着温度可以无限高或者无限低。

很多人都知道,宇宙中存在极限低温,绝对零度,零下273.15度,它也是理论上的最低温,现实中无法达到这个温度。为什么会这样?

首先,我们需要明白温度到底是什么。物理学上,温度是这样定义:衡量物体冷热程度的物理量,不过这样的定义显然有些抽象,并没有表达出温度的本质。

我们可以从微观上理解温度:微观粒子运动的剧烈程度,就可以表现出温度。微观粒子运动速度越快,越剧烈,宏观物体的温度就越高。

地球上的最高温在地核,温度能达到6000度。而太阳系的最高温位于太阳核心,温度高达1500万度。不过,太阳系的最高温在宇宙中也是小儿科了,像中子星的温度就可以达到上亿度,无法想象的高。

不过,高温也是有上限的,因为速度是有上限的,那就是光速。爱因斯坦相对论表明,物体的极限速度就是光速,所以高温并不能无限高。

结合光速,普朗克常数等因素,科学家们计算出宇宙中的最高温是普朗克温度,大约1.4亿亿亿亿度,这个温度只出现过一次,就是在宇宙大爆炸瞬间。所以如果你能创造出普朗克温度的环境,理论上就能创造出新的宇宙。

普朗克温度是理论上的高温极限,那么绝对零度为何是理论上的低温极限呢?

刚才说了,温度与微观粒子的速度快慢息息相关,所以,单纯从理论上讲,如果微观粒子处于静止状态时,物体的温度就是绝对零度。

但微观粒子能处于绝对静止状态吗?

从宏观角度来讲,理论上是可以静止的。但量子力学的横空出世,让人类意识到微观粒子是不可能绝对静止的,因为量子力学意味着不确定性,不确定性才是量子世界的核心。

何为不确定性?

通俗来讲,我们无法确定微观粒子的状态,只能用概率去描述,也就是所谓的“波函数”,微观粒子表现得像波那样。用数学公式来表述就是,微观粒子的位置和速度具有不确定性,两者不确定性的乘积必须不小于一个常数,这个常数虽然很小,但比零要大。

如果微观粒子是静止的,也就是速度为零,意味着粒子的速度就是确定的,不确定性为零,这样就违反了不确定性。

所以说,理论上的最低温绝对零度永远无法达到,只能尽可能接近。这个特点与光速的特性其实是样的,宇宙的极限速度是光速,我们只能尽可能接近光速,而无法达到或者超过光速。

虽然科学家早就知道了无法突破绝对零度,但还是希望通过实验来验证这一点,同时也希望在超低温环境下有新的发现。

通过人类现代科技,科学家也确实创造出了无限接近绝对零度的温度,只比绝对零度高了38万亿分之一度!

但正所谓“差之毫厘失之千里”,这句话在这里再适合不过了。不要小看那看似微不足道的差异,其实那是人类永远无法突破的鸿沟,绝不是通过努力等手段能弥补那种差异的!

不过,在超低温环境下,科学家确实发现了很多有趣的现象,比如说超导现象,超流现象等,这些现象早已应用在很多领域,比如说能量,电子,交通,医疗等领域,很大程度上推动了人类科技的发展。

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简介:用通俗的语言诠释科学