“絕對零度”到底是多少度？

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絕對零度，這是一個令無數人好奇的概念。我們都聽說過這個溫度，但對具體的數值和含義卻知之甚少。這個神秘的絕對零度究竟是多少度？在這種極端的低溫下，又會發生什么奇特的現象呢？今天，就讓我們揭開絕對零度的神秘面紗，一探究竟。

絕對零度

絕對零度是指物體的溫度為OK（開爾文），也即-273.15℃，是溫度的最低限制，被認為是熱力學、統計力學等學科中的重要基準。這個概念最早由英國物理學家威廉·湯姆遜提出，并在19世紀末由荷蘭物理學家海克-昂斯洛發現。絕對零度的溫度是OK，它表示所有物質分子的平均動能為零，這意味著物質不再具有溫度或熱能。當物質的溫度接近絕對零度時，物質的性質會發生非常奇特而神秘的變化。如氦液在接近絕對零度時會變成一種稱為超流體的神秘物質，它具有零粘度和無限的傳熱能力，而金屬在接近絕對零度時則會表現出超導性質，電子可以在金屬中自由傳導。這使得近年來產生了大量無損制冷、高速電路和強磁場等新研究領域，被廣泛應用于實驗物理學、量子計算和生物醫學等多個領域。

雖然絕對零度是理論上的極限，但人類無法將物體冷卻到這種溫度，因為它違背了熱力學第三定律，即無法將任何物體在有限步驟內冷卻到絕對零度。

絕對零度下的變化

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在分子層面，絕對零度標志著一切熱運動的終結。在這個極端的低溫下，分子的熱振動幾乎完全停止，原子和分子的振動和轉動幾近消失。這種情境下，物質的分子結構變得極其穩定，使得凝聚態物質的原子或分子更緊密地相互貼近，形成了一種特殊的物態。如超流體和超導體，在特定溫度下會失去原有的特性，如黏性和電阻。它們可以在沒有摩擦力或電阻的條件下流動。

這些現象只會在極低溫的條件下出現，它們與分子熱運動的減緩以及量子效應息息相關。絕對零度下，某些玻色子可能會聚集在相同的能級上，這種現象被稱為玻色一愛因斯坦凝聚。這是一種獨特的量子現象，它為我們揭示了新的物質態的可能性，同時也對量子物理學以及潛在的應用領域具有重要的意義。

此外，盡管分子在絕對零度下的平均動能趨近于零，但它們仍然會以量子波動的形式進行微小的振動。這種微小的振動對物質的性質和結構產生著深遠的影響，也是量子力學的基本現象之一。

最后，一些絕緣體在溫度足夠低的情況下可能會變成導體，這種現象被稱為絕緣體到導體的轉變。在絕對零度下，原子的振動幾乎消失，這使得電子可以在晶格中自由移動，從而產生了導電性。

總的來說，絕對零度不僅是自然科學中的一個重要概念，更是探索量子世界的一扇門戶。在這個極端的溫度下，物質呈現出許多獨特和令人驚奇的性質。這些性質不僅加深了我們對自然界的理解，也為科學技術創新提供了無盡的可能性。

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絕對零度無法達到

在太陽系的邊緣，冰冷的冥王星孤獨地繞著太陽旋轉，其表面溫度有時會低至零下248℃。然而，當我們仰望宇宙的深邃空間時，我們會發現那里的溫度比冥王星還要低。太空的背景溫度已經低到了零下270.3℃，這個溫度被科學家們稱為3K。在宇宙誕生的時候，溫度極高，隨后便經歷了一場迅速的膨脹過程，就像一顆炸彈爆炸一樣，核心的溫度隨著能量的擴散而逐漸降低。隨著時間的推移，宇宙空間中的余溫冷卻到了我們今天所稱的宇宙微波背景輻射，這是能量以電磁波的形式向外輻射的結果。

在距離地球5000光年的地方，有一個被稱為“布莫讓星云”的天體。這是一個自然形成的宇宙“極地”，其最低溫度達到了零下272℃，比宇宙的背景溫度還要低2℃。然而，這并不是正常的現象。科學家們分析，太空接近于真空，因此熱傳遞的速度很慢。布莫讓星云是演化到末期的恒星以164公里每秒的速度向外拋灑的氣體分子所形成的星云。當這些星云在內部的壓強作用下膨脹時，就像爆炸一樣：氣體絕熱膨脹，體積增大，溫度就會下降，因此它的溫度低于背景溫度。盡管人類在實驗室中創造了0.5×10^-7K的最低紀錄，但這個溫度卻無法達到絕對零度。

絕對零度意味著絕對靜止，而根據量子力學中的測不準原則，我們無法同時測得粒子的位置與動量。如果一個粒子絕對靜止，那么它的速度和動量就都是零，這顯然是不可能存在的。因此，絕對零度可以無限接近，但永遠無法達到。因為組成物質的基本粒子要維持它們的量子特性。

宇宙中存在最高溫度

宇宙的最高溫度是一個難以想象的數字，它是由宇宙大爆炸的瞬間產生的。在這個溫度下，所有的物質和能量都聚集在一個極小的空間內，形成了宇宙的初始狀態。在大爆炸后的瞬間，宇宙的溫度迅速上升，達到了我們無法想象的數值。

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根據科學家的計算，在宇宙誕生后的數秒鐘內，它的溫度就達到了萬億攝氏度。這個溫度是如此之高，以至于所有的物質都被分解成了最基本的粒子，包括質子、中子和電子。隨著宇宙的膨脹和冷卻，這些基本粒子開始聚集在一起，形成了原子和分子。在這個過程中，宇宙的溫度逐漸下降，最終達到了我們今天所知道的常溫。雖然我們無法直接測量宇宙的最高溫度，但科學家們通過觀察宇宙微波背景輻射來推斷出這個值。

宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸后留下的余溫，它遍布整個宇宙，為科學家們提供了一個窺視宇宙早期狀態的重要工具。通過分析宇宙微波背景輻射的數據，科學家們得出了宇宙的最高溫度約為3000億℃。這個溫度與宇宙大爆炸時的瞬間溫度相比已經下降了許多，但它仍然是一個非常高的數值。

總之，宇宙的最高溫度是由宇宙大爆炸的瞬間產生的，它是一個難以想象的數字。盡管我們無法直接測量這個值，但我們可以通過觀察宇宙微波背景輻射來推斷它的大致范圍。這個溫度的存在和演變為我們理解宇宙的起源和演化提供了重要的線索。

在絕對零度中，光是凍成一根棍子還是一道波浪？

首先，咱們得明確一個點，那就是目前來說絕對零度是無法達到的，所以這個實驗只能是設想。從現實的角度來看，絕對零度的原子應該是處于“絕對靜止”狀態的。如果有光介入，那么光中的原子就會打破這個靜止狀態。簡單來說，光帶來了運動的原子，這些運動的原子會打破靜止狀態，使其升溫，這時就不再是絕對零度了。

當我們基于理論猜想的時候，可以想象一下被譽為“宇宙中跑得最快”的光，當被“定身”時會展現出怎樣的形態。如果讓大家來猜想，你是更支持光變成“棍子”形態還是變成“波浪”形態呢？如果是棍子形態的話，這種認知主要是基于幾何光學。在中學物理課的時候，老師最常說的一句話就是“光是以直線傳播的”。因此，許多人就覺得這樣射出來的光，如果被絕對零度凍住，那也一定會成為一根筆直的“棍子”。

而如果是波浪形態呢？這就是從光的“波動說”出發了。最早提出光是粒子的牛頓用相關的實驗證明了自己的看法。可是后來惠更斯在和牛頓探討了之后，認為光應該是“波動”的。在光的“波動說”當中，認為光從本質上來說是一種“機械波”，所以大家覺得光會變成一道波浪大抵就是認為這種說法更可信。值得一提的是，如果按照光波動的傳播理論來說，被凍住的可能不止是“一道波浪”而是“幾道波浪”。

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此外，對于光到底是什么，愛因斯坦對粒子和波這兩種頗有爭議的觀點進行了融合，提出光具有波粒二象性。其實在長達百年的爭論之中，這兩個觀點都不能完全證明對方是錯的，不如“取其精華去其糟粕”，然后再巧妙融合，就能得出一個正確的理論。

綜上所述，大眾對光的不同認知是導致其“形態”發生變化的主要原因。當然，這一切都是在理論當中實現的，如果真想在現實中做這項實驗是沒有辦法的。首先絕對零度無法達到，其次即使有辦法達到這個溫度，光的形態也會受到其他因素的影響而無法保持穩定。因此，這個實驗只能是設想。這就好比一場沒有裁判的比賽，即使你勝利了，也可能因為某種原因被判定無效。

但是，這并不能阻止我們嘗試去探索并發現更多有趣的東西。可以想象一下，除了常見的棍子和波浪形狀之外，還有許多其他有趣的形狀在等待著我們的發現。實際上，當科學家們深入探索絕對零度的奇妙世界時，他們發現了很多令人驚奇的景象。例如，在超低溫環境下，那些你看不見的氣體竟然會變成一種“神奇的流體”。這些奇妙的發現讓我們更加相信，這個世界上還有許多未知等待著我們去探索和發現。

超低溫世界下的奇觀

氣體是生活中普遍存在，卻常常被忽視的東西。就像空氣，我們每天都在呼吸它，卻無法形容它的“模樣”，只知道它時刻圍繞在我們身邊。然而，當科學家在實驗中不斷降低溫度時，這些看不見的氣體開始顯現出形態，就像“照妖鏡”一樣。以空氣為例，當溫度降至零下190℃時，空氣會變成淺藍色的液體。更令人驚奇的是，如果你折下一支鮮花放人液態空氣中，它就會變成一支“玻璃花”，質地變得堅硬而脆。

當然，如果溫度繼續下降，氣體的形態會再次發生變化。以氧氣為例，在接近絕對零度的溫度下，氧氣會變成像“顆粒”一樣，并且顏色也變成了白色。這些氣體的變化已經讓人感到驚奇。

接下來，我們再來說說在超低溫環境下，金屬的變化。溫度計里的水銀在低溫環境下會變得堅硬無比，無法流動。這意味著我們通常使用的“水銀溫度計”無法測量超低溫的溫度。而通常在現實生活中非常堅固的鋼，在低溫環境下卻變得脆弱。人們在現實生活中很難摔碎家里的不銹鋼器具，即使外形有所改變也不會碎裂。但在超低溫環境下，不銹鋼制品變得和陶瓷碗一樣脆弱，輕輕一碰就會“稀碎”。

我們對絕對零度的探索過程中發現了許多神奇的事情。盡管絕對零度仍然是一個理論上的極限，但通過對它的探索和研究，我們能夠更深入地了解世界的本質和規律。隨著科技的進步，我們對于零下273.15℃這個數值的探索也會越來越深入。

文章來源：科普吉林