如果能達到,時間當(dāng)然會停止。我們來看看所謂的溫度是什么?而絕對零度-273.15℃意味著什么?這可不僅僅是時間停止那么簡單。
攝氏溫標(biāo)
現(xiàn)在我們最熟悉的溫度單位是攝氏度,是瑞典人攝爾修斯(1701~1744)最早提出來的,以數(shù)字刻度表明溫度高低的方法。所以以他的中文譯名的第一個字為單位,符號為℃。
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1742年,攝爾修斯將一個大氣壓下水的熔點與沸點,分別定義為100℃和0℃(這和現(xiàn)在的認知相反)。溫度越高度數(shù)反而越小,這樣顯得非常不自然,所以之后人們把這兩個定義調(diào)換了下,變成了0℃和100℃,才形成了我們今天熟悉的攝氏度。
-273.15℃被稱為絕對零度,是因為一切原子、分子的運動在這個溫度將會停止,而溫度的本質(zhì)就是分子的熱運動,所以比-273.15℃更低的溫度不存在。在另一套溫度換算刻度中,-273.15℃則被作為起始溫度0,這就是開氏溫標(biāo),單位為開爾文,符號K。
然而,攝氏度將水的熔點與沸點分別定為易用的0℃和100℃,在我們?nèi)粘I钪袘?yīng)用更方便。
開氏溫標(biāo)
比起攝氏溫度——以水結(jié)冰時的溫度為基準(zhǔn),以科學(xué)家開爾文名字為單位的開氏溫標(biāo)更為合理,它表現(xiàn)的是“絕對溫度”,所以又被稱為熱力學(xué)溫標(biāo)。其刻度間隔與攝氏溫標(biāo)相同。
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它預(yù)示著溫度有一個下限,熱力學(xué)第三定律,也告訴我們這個下限溫度永遠也達不到。我們最多無限逼近它。
當(dāng)物質(zhì)接近這個下限溫度時,會出現(xiàn)一些不可思議的現(xiàn)象。比如,大部分金屬的電阻值將變?yōu)榱肆悖兂闪宋覀儔裘乱郧蟮某瑢?dǎo)體。另外,液態(tài)氦在低于2.2K的極低溫下,會變成超流體,這是比超導(dǎo)體更有趣的現(xiàn)象。所謂的“超流體”,可以以類似液體的樣子“沿容器壁反重力向上流動”,并能從液體無法通過的狹窄間隙(飛米直徑)中流出。之所以會出現(xiàn)這些神奇的現(xiàn)象,皆因原本存在于普通液體內(nèi)的“黏性阻力”變?yōu)榱肆恪T購母旧蟻碚f,這是因為氦原子屬于玻色子,而玻色子不用遵守“泡利不相容原理”(即在費米子組成的系統(tǒng)中,兩個或兩個以上的粒子無法處于完全相同的量子狀態(tài))。
在極限低溫下,作為玻色子的氦原子全部可以變成了同一量子態(tài),整個液氦可以看成一個宏觀的大原子,而以上說的所有神奇現(xiàn)象,都是源于這種量子態(tài),也稱為玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)。
即是玻色子原子在冷卻到接近絕對零度所呈現(xiàn)出的一種氣態(tài)的、超流性的物質(zhì)狀態(tài)(物態(tài))。1995年,麻省理工學(xué)院的沃夫?qū)P特利與科羅拉多大學(xué)博爾德分校的埃里克·康奈爾和卡爾·威曼使用氣態(tài)的銣原子在170 nK的低溫下首次獲得了玻色-愛因斯坦凝聚。在這種狀態(tài)下,幾乎全部原子都聚集到能量最低的量子態(tài),形成一個宏觀的量子狀態(tài)。
絕對零度
雖然絕對零度是絕對無法達到的,就像超光速無法實現(xiàn)一樣,但根據(jù)其定義我們也不難推測其結(jié)果。
絕對零度意味著凍結(jié)萬物,萬物皆靜,時間還有什么意義?所以可以說連時空都凍結(jié)了。不僅如此,你想下電子一旦靜止了,原子也就崩潰了,物質(zhì)必然消失,最后只剩一個空蕩蕩的宇宙?不,宇宙都不會存在。以愛因斯坦“物質(zhì)與空間相互依存”的觀點來看,沒有不存在于空間中的物質(zhì),也沒有除去物質(zhì)的純粹空間。物質(zhì)的真正消亡,必將伴隨著空間的消除。
所以,-273.15℃這個溫度,我們雖然能計算出來,但永遠無法達到,也就是無法實驗驗證,但它依然屬于科學(xué)體系下,這反而值得思考。
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總之,絕對零度僅僅是個概念,可以說是宇宙的生命線。為了保命,宇宙絕對不允許出現(xiàn)絕對零度。別看是降溫,真要達到-273.15℃,可是要消耗無限的能量,這和要把有質(zhì)量的物體加速到光速一樣不可能。
反而是溫度的上限,還沒有確定的極限范圍,就是因為分子和原子具備進行無限劇烈運動的可能性。
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