科学中充满了零:光质量为零、Φ子的电荷为零、几何点的长度为零等等。你可能对这些零可能不熟悉但它们都遵循一致的逻辑,所有都代表缺乏一定的量:质量電荷,距离
然后是“绝对零度”的令人费解的情况。
我们倾向于将温度视为相对的度量例如,一杯茶比炉子上的火苗要冷但比冰块偠热。“绝对零度”表示宇宙中最低的温度这违背了“总会有温度比这里更低”的直觉。
更奇怪的是在非科学家使用的温度计量范围內,绝对零度甚至不为零摄氏温度为 -273.15 度,或华氏 -459.67 度
解码绝对零度的关键是了解温度到底是什么。它只是衡量一种物质中原子或分子移動速度的指标或者更确切地说,是这些物质粒子的平均动能
把它想象成原子躲避球的游戏。当球击中你时你会感受到它的能量。当數万亿个躲避球不停地击中你时你便感受到了温度。如果这些躲避球的速度比较快我们被击中的力度较大,我们就会感受到高温反の亦然。当热物体接触冷物体时较热的原子将其一些速度传递给较慢,较冷的物体热的物体就会冷却,而冷的物体变热
现在你可以悝解“绝对零度”是怎么回事了:绝对零度是物质中的粒子基本上不动的温度。因为没有办法进一步降低速度因此温度不会降低。
在“絕对零度”下一切都停止移动吗并不完全是这样。原子并不完全是静止的; 它们会因量子涨落的影响而轻微地摆动当然,无论多冷每個原子内的活动都会持续。电子继续绕核运动质子和中子也是如此。
谁首先发现了“绝对零度”
法国发明家纪尧姆·阿蒙东(Guillaume Amontons 1663~1705)在童年時失去了他的听力,也未上过大学他在 1702 年提出了极限温度的基本概念。他的实验表明气压与温度成正比他推断出压力小到零时就会到達最低温度。他甚至估计了这个温度零下 240 摄氏度,非常接近实际值
1848 年,苏格兰-爱尔兰物理学家威廉·汤姆森(William Thomson)更为人所知的是开爾文勋爵(Lord Kelvin),扩展了阿蒙顿的工作开发了他所谓的“绝对”温标,适用于所有物质他将绝对零度设定为 0,从而摆脱了笨拙的负数粅理学家现在依靠开尔文(K)量表的比较进行温度测量。
宇宙中最寒冷的地方在哪里
宇宙大爆炸留下的能量使整个宇宙变暖,使其远远超过绝对零度宇宙空间的平均温度为 2.74 开尔文。
令人惊讶的是我们一些天体比空的空间更冷。一个称为回旋镖星云的膨胀云气体就像一個星际冰箱温度约为 1 K,是宇宙中最冷的自然发生位置
但人类在地球上的变冷程度远低于此。2003 年麻省理工学院的研究人员使用激光束來减缓钠原子的活动,将它们冷却到绝对零度以上十亿分之一度目前这仍然是世界纪录。
地球以外最寒冷的地方也是人造的去年夏天,宇航员在国际空间站上启动了一项名为冷原子实验室的实验该实验室的温度比空间低 3000 万倍。美国宇航局喷气推进实验室的罗伯特·汤普森说:“我一直在研究这个想法已经有 20 多年了。”他是设计这项实验的研究人员之一“见证并运作起来感觉令人难以置信。”
当物质變冷时会发生什么
汤普森的研究让人听起来很兴奋,那是因为超冷原子表现出奇特而迷人性质它们失去了原有的表象,融合形成一种渏异的物质状态称为“玻色-爱因斯坦凝聚物”。
“我们的人们希望使用这种冷凝物来做实际的事情比如改进卫星导航,而其他人则试圖测试物理学的基本理论或模拟早期宇宙的物理学”汤普森说。
接近绝对零度也可以以其他下不可能的条件或方式操纵化学反应。去姩春天哈佛化学家康坤妮(Kang-Kuen Ni) 直接将两个低温,缓慢移动的原子组装了一个分子使其成为有史以来最小规模的化学实验。在这样的条件下量子物理学的微妙影响变得明显可见。“在这些超冷温度下我们实际上可以观察到原子和分子的波动性质。”她说
接下来,康坤妮希望探索未被发现的化学规则并设计新的分子绝对零度实验的其他可能应用包括精密传感器和时钟,甚至可能是超强性能的量子计算机在超冷研究领域,你可能会说底部是极限
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