永远无法实现的绝对零度究竟有多恐怖?人体触碰后会发生什么?

世界星课堂 2025-01-07 04:29:47

绝对零度有多可怕,为什么宇宙最高温可以达到兆亿度以上,而最低温却不能低于绝对零度以下呢?

19世纪末,随着分子动理论的逐步建立,科学家们开始从微观角度探讨温度的本质,其中,路德维希·玻尔兹曼等物理学家做出了重要贡献。玻尔兹曼通过深入研究,提出了温度的微观解释,即温度与物质内部微观粒子的平均动能成正比,这一观点为温度的微观定义奠定了基础。

1877年,玻尔兹曼在其著作中详细阐述了温度与微观粒子动能之间的关系,从而确立了温度的微观定义。这一成果不仅推动了物理学的发展,也为后人更深入地理解温度这一物理量提供了重要依据。

基于这个理论我们就可以知道,只要一个空间内组成物质的粒子动能足够大,那么温度就可以无限上升。粒子的动能可以大到什么程度呢?根据爱因斯坦相对论的质增效应,当一个粒子速度越接近光速,它的质量就会变大,一个氢原子以90%的光速运行时,它的质量增加了4.5倍,如果再加快,无限接近光速,那么一个氢原子的动能就可以把太阳系毁灭。

理论上讲,只要是有质量的物体,动能是可以无限增大的,温度没有最高上限,可以达到1.4亿亿亿亿摄氏度。

在中国著名科幻小说《三体》中,三体人居住的星球就是被一个光粒给打掉的,一个有质量且以光速运动的粒子,在与三体星球对撞时,温度几乎是无限大的。

了解了温度没有上限,那么绝对零度的概念就好理解了。一个体系中,所有粒子的动能全部为0,那么这个体系的温度就是绝对零度了。注意这个绝对零度只是相对的,因为在宇宙中找不到一个不运动的粒子,运动是永恒的。

目前科学家测出的绝对零度是零下273.15摄氏度。那么问题就来了,科学家是怎么测出这个绝对零度的?在地球上根本找不到一个绝对零度的环境,即便是在太空中,也到处充满着恒星释放的离子。

其实很简单,早在200多年前就有人算出来了。

测量绝对零度是多少,首先要做一个实验,一个小烧杯、一个大烧杯、一个瓶塞、一个温度计,只要这几样就可以。

1802年,法国化学家约瑟夫·路易·盖-吕萨克就做了这样一个实验,首先用瓶塞把小烧杯堵紧,在瓶塞上开一个小孔,把空气抽出来,然后再灌入氮气,把小孔堵住。之后他用温度计测量了一下室温,发现在24.83摄氏度的时候,通过烧杯的刻度读出里面的氮气体积是84ml。再把这个小烧杯放在大烧杯里,然后放入冰水,这时用温度计测量,冰水的温度是0摄氏度,小烧杯的体积读数是77ml。

可以看出,温度降低,气体氮气的体积也随之降低。接着他又往冰水里加热水,不断的测量记录水温与氮气体积的数值。

就这样,吕萨克就得到了一组数据,建立一个XY直角坐标系,用X轴的数据来标记温度,并找出Y轴对应的体积数据,然后点上一个点,把所有数据组都标在直角坐标系上以后吕萨克发现,二者是一个简单的一元一次线性关系即Y=ax+b,这里的a和b都是大于0度数。

上过初中的朋友都知道,这种一元函数图像与X轴只有一个焦点,这个焦点的Y等于0,也就是在气体体积为0的情况下,对应的X的数值恰好为-273.15摄氏度!气体体积会等于0吗?显然是不可能的,即便是夸克它也有尺寸,有尺寸就有体积。所以吕萨克的简单实验,得出了一个最极端的数据,这个数据是他用尺子画延长线得到的。也就是说,当年他已经从宏观上给出了一个体系最低温度的极限,即绝对零度。

实验室创造不出来这个绝对零度的,用尺子画延长线的过程就是推理。目前人类能创造的最低温度是比绝对零度高0.5纳开尔文的温度,无限逼近,可就是达不到。

即便如此,就算用当下人类能创造出的最低温的环境,把人放进去会发生什么呢?

细胞会迅速失活,然后破裂。因为同质量冰的体积要比水大,整个人会被冻成冰棍。与冰箱里的冻肉不一样,人在接近绝对零度的环境下冻住,人体会变得非常的脆,这时要是有一把锤子,可以轻松把身上的零部件给敲掉,就和敲一块冰一样简单。

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  • 2025-01-08 18:28

    一个原子的质量都可以无限增大?增大的是什么?

世界星课堂

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