什麼是絕對零度

絕對零度，是熱力學的最低溫度，但只是理論上的下限值。熱力學溫標的單位是開爾文（K），絕對零度就是開爾文溫度標（簡稱開氏溫度標，記為K）定義的零點。0K約等於攝氏溫標零下273.15攝氏度，也就是0開氏度，在此溫度下，物體分子沒有動能和勢能，動勢能為0，故此時物體內能為0。

為什麼宇宙最低溫度是-273度

物質的溫度取決於其內原子、分子等粒子的動能。根據麥克斯韋-玻爾茲曼分佈，粒子平均動能越大，物質溫度就越高。理論上，若粒子平均動能低到量子力學的最低點時，物質即達到絕對零度，不能再低。然而，絕對零度是不可能達到的最低溫度，自然界的溫度只能無限逼近。如果到達，那麼一切事物都將達到運動的最低形式。因為任何空間必然存有能量和熱量，也不斷進行相互轉換而不消失。所以絕對零度是不存在的，除非該空間自始即無任何能量熱量。

為什麼宇宙溫度不會低於-273度

宇宙中並沒有任何溫度能夠比絕對零度更低了，從科學家們研究的所有粒子運動情況來看，並不存在有粒子完全停止熱運動的現象，因此絕對零度只存在於理論上，現實中並不存在。從另一個角度來講，如果粒子完全停止了熱運動，那麼它的速度和位置就確定了下來，這和量子力學中的相關理論是相悖的。

宇宙背景輻射是來自宇宙空間背景上的各向同性或者黑體形式和各向異性的微波輻射，也稱為微波背景輻射，特徵是和絕對溫標2.725K的黑體輻射相同，頻率屬於微波範圍。宇宙微波背景輻射產生於大爆炸後的三十萬年。大爆炸宇宙學說認為，發生大爆炸時，宇宙的溫度是極高的，之後慢慢降溫，到現在(約150億年後)大約還殘留著3K左右的熱輻射。3K宇宙背景輻射是60年代天文學上的四大發現之一，它是由美國射電天文學家彭齊亞斯和威爾遜發現的。當時，彭齊亞斯和威爾遜正在研究天電對通訊的干擾，經過1年多的觀測，他們發現天空中的任何方向都存在著一種噪聲(這種噪聲並不是指日常生活中用分貝表示大小的那一種，而是指電子儀器中不規則的干擾訊號。由於電路中的不規則訊號是由電子熱運動造成的，所以這種訊號大小可以用溫度來表示。)，並且這種噪聲是各向同性的。與此同時，以迪克教授為領導人的美國普林斯頓大學的一個研究小組也在進行這方面的研究，他們預言，宇宙空間有著3K左右的背景輻射存在。後來他們互訪並且進行了研究合作。普林斯頓小組最終也完成了測量，證實了彭、威的觀測和研究。這種輻射正好解釋為宇宙早期熾熱火球的暗淡餘光。按照大爆炸理論，隨著宇宙的膨脹，原始火球的熾熱的黑體輻射，勢必拉長波長，降低溫度，導致今天在微波段觀測到不足3K的背景輻射。目前的載人航天，還只是在地球附近的太空中活動，所以我們只關注這部分太空的溫度。 太空中的溫度很低，可達攝氏零下200度以下。航天器在太空執行，由於沒有空氣微粒傳熱，向陽的一面吸收太陽的輻射熱，溫度可達100多攝氏度，而背陽的一面則為零下100多攝氏度，這便形成了極高極低的極端溫度。

之前，美國科學家做出了略低於絕對零度的溫度，據稱負溫標涉及暗物質，這違背了熱力學第三定律——熱力學溫標不可能低到絕對零度，這有點匪夷所思了。

其一，考慮分子的最低溫度

根據熱力學第一定律，亦或能量守恆與轉換定律，我們有溫度的基本定義：溫度(T)是物系中的實體粒子(分子/原子/亞原子)平均動能的強度指標，其熱力學方程是：

Ek=½mv²=1.5kT...(1)

其中，m是物系所含粒子的平均質量，v是粒子震盪的平均速度，k=1.38×10⁻²³[J/K]是玻爾茲曼常數，可稱熱溫當量。T是熱力學絕對溫標。

現在以標準狀態的空氣為例，看看在T=1nK(納開)時，空氣分子的震盪速度。

此時，空氣密度ρ=1.29[kg/m³]，每22.4升含N=6.02×10²³個，則空氣分子的

平均質量：m=ρ÷((1000÷22.4)N)...(2)

m=4.66×10⁻²⁶[kg]...(3)

分子速度：v²=3kT/m...(4)

v²=3×1.38×10⁻²³×10⁻⁹÷m=9×10⁻⁶

v=3×10⁻³[m/s]≈3毫米/秒。

如果，空氣分子震盪速度在0.1奈米/秒，與分子尺度相當，可以認為，分子不再震盪或動能為零，只剩分子內部亞原子的自旋勢能，則此時的溫度：T=mv²/3k...(5)

T=4.66×10⁻²⁶×10⁻²⁰/(3k)=1.1×10⁻²³≈0[K]，

其二，考慮原子的最低溫度

原子(系)，好比太陽系，是以大質量粒子原子核為中心的多粒子系統。所謂原子的最低溫度，其實是核外電子的最低溫度。

在原子內空間，透過朱棣文鐳射製冷效應，假定原子核的震盪速度接近零，則原子電子氣體的最低溫度，就是原子的最低溫度。

那麼，如何確定電子的最低溫度？當然沒有這麼高度靈敏的溫度計，但我們可以藉助原子光譜主頻變化與電子與原子核動量守恆來測算。

不妨假定：電子可能的最低臨界速度(v₀)對應其熱力學溫標的絕對零度(T≈T₀=0K)。當電子位移速度低於臨界速度(v≤v₀)，電子或消弭為真空場量子，或其激發的超低無線電波頻譜(f≤f₀)，皆低於絕對零度(T≤T₀)。——理由是，無線電波的下限頻率為3赫茲。我們不敢排除有f≤3Hz，例如f=0.0001Hz，只是目前的實驗技術無法測試出來而已。

現在來探討核外電子的最低速度。假設按無線電波的甚低頻f₀=3Hz，對應的絕對零度(T₀)與核外電子臨界速度v₀。

把光電效應方程△Ek=△hf簡化為Ek=hf，有：½m₀v²=hf₀，則核外電子的臨界速度：

v₀²=2hf₀/m₀...(5)

v₀²=2×6.63×10⁻³⁴×3÷(9.1×10⁻³¹)=4.37×10⁻⁴

v₀=0.021[m/s]...(6)

以氕原子為例，根據動量守恆定律，可求質子(質量為m*)的臨界震盪速度(v*₀)：

m₀v₀=m*v*₀，或：v*₀=v₀m₀/m*...(7)

v*₀=0.021×(1/1836)=1.14×10⁻⁵[m/s]...(8)

就v₀對應絕對溫度，按能量轉換定律，有

1.5kT=½m₀v₀²...(9)

T=m₀v₀²/3k=9.11×10⁻³¹×1.14²×10⁻¹⁰/3k

T=2.2×10⁻¹⁸[K]

按f₀對應絕對溫度，按能量轉換定律，有

1.5kT=ξhf...(10)

方程(10)中的ξ，叫場效應係數。對於電子激發毫米波的場效應，ξ≈0.5‰；對於紅外線以上的高頻電磁波，ξ≈1%。

由(10)，解出此時的甚低頻場效應係數：

ξ=1.5kT/hf...(11)

ξ=1.5×1.38×10⁻²³×2.2×10⁻¹⁸÷(6.63×10⁻³⁴×3)

ξ=2.3×10⁻⁹...(12)

比較，鐳射製冷效應的超低溫，可接近1×10⁻⁹開，即1納開。可想而知，在遠超低溫的深太空，理當有比宇宙微波背景輻射的λ=7.35釐米或f=4×10⁹赫茲更加超低頻的電磁波。

其三，考慮場量子的最低溫度

為什麼可以有T≤T₀=0K？理由如下：

絕對零度是物理學上“相對零”，不是數學上的“絕對零”，或者說，物理學上不存在無窮變數。不要陷入第二次數學危機的陷阱。

令f₀=3Hz，把T₀=2.2×10⁻¹⁸K=0K看作絕對零度的基數，建立相對溫度的負溫標(Tr)，並規定單位是熱力學相對溫標[Kr]：

Tr(f<3Hz)=-T⁰/T=-f₀/f=v₀/v...(13)

公式(13)同樣適合正溫標，即有：

Tr(f>3Hz)=T/T₀=f/f₀=v/v₀...(14)

這樣做的好處是，至少在理論上保持邏輯自洽不留盲區，在實驗上保留技術發展的餘地。你不能斷言說，因為現有測量技術達不到，就否定邏輯自洽的物理解析式。就好比，可以建立理想氣體方程，雖然理想氣體並不存在。

例1，在遠大於離地150萬千米普朗克衛星軌道之外，存在電磁波頻率f=1赫茲，則該頻率的對應溫度：Tr=-f₀/f=-3/1=-1[Kr]。

例2，若環境條件同例1，估計有f=1nHz，即頻率為1納赫茲的超真空區域。則按公式(13)，其相對溫標：Tr=-f₀/f=-3÷10⁻⁹=-3×10⁹[Kr]，即零下30億度。

例3，求T=1nK的相對溫標。解：由於T>T₀，公式(14)：Tr=10⁻⁹÷(2.2×10⁻¹⁸)=4.5×10⁸[Kr]。

結語

我們覺得，攝氏溫標有一個相對零度，給人以很好的基準感或參照感。界上溫度與界下溫度，都不是任意的(無窮小與無窮大)。

絕對溫標可參與動力學方程，缺點是過於絕對化，而“絕對零度”不利於溫度的認知拓展。

例如，按½mv²=1.5kT，如果v=0，則T=0，這顯然是錯誤的，因為即使動能Ek=0，還有自旋勢能存在，就必有溫度。物理方程沒毛病，有毛病的是“絕對零”。

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宇宙最低溫度是零下273攝氏度，也就是絕對零度，精確一些就是零下273.15攝氏度，不可能再低了。這是因為絕對零度的判斷標準是固定的，此時原子都處於完全靜止的狀態，對應的就是絕對零度了。因此不可能比絕對零度還要低的溫度，原子都靜止了，那麼一切熱力學活動全部暫停，那麼溫度也就觸地了。

溫度與分子熱運動有關

這裡還需要明白一個道理，這就是宇宙中的溫度來自分子熱運動，換句話說溫度是幾乎是沒有上限了，於是我們可以接觸到大量關於發現多少高溫的氣體、比如太陽日冕等效溫度達到數百萬攝氏度，還有宇宙中一些氣體雲、黑洞周圍物質摩擦達到達到上億攝氏度等，都是分子運動抵達極致時對應的溫度。

絕對零度和普朗克溫度無法達到

從分子熱運動看，幾乎是沒有上限，但是我們考慮宇宙空間的限制，那麼溫度就有了上限，那就是宇宙大爆炸瞬間的溫度，叫做普朗克溫度，目前宇宙中沒有任何一個事件的溫度能夠超過大爆炸瞬間溫度。從以上分析可以看出，最低溫度與分子熱運動有關，既然分子、原子不可能完全靜止，那麼絕對零度是無法達到的；最高溫度與空間有關，既然宇宙大爆炸瞬間是不可能重現，那麼宇宙中最高溫度也是無法達到的。

絕對零度，是熱力學的最低溫度，但只是理論上的下限值。熱力學溫標的單位是開爾文（K），絕對零度就是開爾文溫度標（簡稱開氏溫度標，記為K）定義的零點。0K約等於攝氏溫標零下273.15攝氏度，也就是0開氏度，在此溫度下，物體分子沒有動能和勢能，動勢能為0，故此時物體內能為0。

那為什麼宇宙最低溫度也就是絕對零度是-273度左右？為什麼不是-300度呢？絕對零度是根據理想氣體所遵循的規律也就是理想氣體狀態方程用外推的方法得到的。用這樣的方法，當溫度降低到-273.15℃時，氣體的體積將減小到零。

所以這是一個根據理論公式透過計算得到的數值，由德國、美國、奧地利等國科學家組成的一個國際科研小組在實驗室內創造了僅僅比絕對零度高0.5納開爾文的溫度紀錄，而此前的紀錄是比絕對零度高3納開。這是人類歷史上首次達到絕對零度以上1納開以內的極端低溫。

（開爾文與攝氏度的換算關係為: 開爾文(K)=273.15+攝氏度(T)，1納開等於十億分之一開爾文）

智利天文學家發現了宇宙最冷之地，這個宇宙最冷之地就叫做“回力棒星雲”，那裡的溫度為零下272攝氏度，是目前所知自然界中最寒冷的地方，稱為“宇宙冰盒子”。

因為宇宙絕對不可能達到絕對零度，所以1912年，1912 年， 能斯特根據他所提出的熱定理推論， 得出：絕對零度不可能達到。敘述成定律的形式為:“ 不可能應用有限個方法使物系的溫度達到絕對零度，也就是熱力學第三定律。你也可以透過熱力學第二定律也就是熵增定律推出：

“在絕對零度下任何純粹物質完整晶體的熵等於零”。即式中——熵變化值；——定溫過程

因為攝氏度標準下零度被定義為冰點0℃，所以絕對零度才會是-273℃

其實宇宙中的最低溫度被我們叫做絕對零度，這個絕對零度的數值是：-273.15℃。可能你要問了，為什麼不是零下300度，或者其他的一些數值，非得是精確的-273.15℃？

熱力學

這裡就涉及到熱和溫度的概念了。牛頓建立了近代物理學大廈後，很多學者也想照葫蘆畫瓢去研究各種物理學現象，而我們也都清楚，日常生活中最常見到的物理學現象莫過於聲、光、電、力、熱。

而關於“熱”的相關研究很早就開始進行了。當時很多人就在思考“熱”到底是什麼？

最早，有一些人認為“熱”其實是一種物質，叫做熱質。（實際上，在熱質說之前，還存在燃素數，只不過燃素說被化學家拉瓦錫推翻了。）

那熱質說又說的是什麼呢？這個理論認為：

熱質其實是一種無色無味沒有質量的氣體，物體吸收了熱質之後，溫度就會升高。而熱質還有一個屬性，那就是會從高溫的物體自發地流向低溫的物體。

當然，我們現在也知道，這種觀點是有問題的。不過，熱質說實實在在統治了學界超過百年的時間，那些我們很熟悉的初中化學書上的常客，道爾頓，普利斯特利都是這個理論的支持者。

如果熱質說是不對的，那“熱”到底是什麼呢？

實際上，這個問題經過科學家長時間的思考後，他們提出了這樣一種觀點：

熱是一種運動。

這是一個叫做倫福德的學者提出來的，也被叫做熱動說。這個“熱動說”後來逐漸演變成“熱力學”。而熱力學也就是如今解釋“熱現象”的主流假說。

這個理論對於熱的解釋是這樣的，這裡要涉及到一個溫度的概念，溫度實際上是分子的熱運動的劇烈程度。

很多事物都存在著溫度差，這個溫度差的存在會導致能量的轉化，這過程就存在了熱傳遞或者熱交換。也就是熱量從一個高溫物體向低溫物體的流量。所以，說白了，熱（量）是一種能量，類似於機械能，動能。

而溫度高和溫度低的物體的差別在於，分子熱運動的劇烈程度。溫度越高，分子的平均動能就越高，溫度越低，平均動能量就越低。

絕對零度

所以，你一定自然而然想到既然是溫度越低，分子的平均動能越低，也就意味著分子整體動的慢，那有沒有可能存在一種情況，那就是分子基本上不動了，這時候所對應的溫度是不是就是最低溫度。

其一些學者一開始也是這麼想的，並且透過這樣方式去尋找最低溫度的數值，於是，他們得到最低的溫度是-273.15℃，於是，這個溫度也就被成為絕對零度。這是一個理論值，實際上，人類還沒有發現過絕對零度的物體。很多人會想到太空，實際上，我們仔細想一想，太空是很空曠，幾乎接近於真空，因此，太空中的分子數是極其少的，這就導致這個溫度是很難顯現出來的。其次，由於宇宙微波背景輻射的存在（也就是宇宙大爆炸時留下的餘熱），目前宇宙整體上存在一個2.7K的背景輻射，也就是說，即使太空是有溫度的，那也是2.7K，也就是-270.45℃，而不是絕對零度。

量子力學

但是，這裡還有個誤區，很多人認為，絕對零度是指分子就完全靜止不動了。實際上，並非如此，按照目前的理論，分子並不是不動了，而是在原地振動。那究竟這是為什麼呢？

是這樣的，量子力學理論中有個測不準原理，是由海森堡提出的。

這個理論告訴我們，我們不可能同時測準微觀粒子的位置和動量。

如果分子靜止在一個位置上，那我們就可以同時得到這個分子的位置和動量，那就違反了這個測不準原理。而測不準原理在實驗和檢驗當中，已經被證明是十分可靠的理論了。因此，目前主流的觀點認為，在絕對零度時，分子還是保持振動狀態的，而非完全靜止的。

為什麼宇宙最低溫度是_273度而不是其他的度數？

這個問題問都很有趣味，但也值得玄思。要解答好這個問題唯有從象數思維的角度來解析，方能得到你的滿意結果。

經科學實驗證明，從現象上來講-273度是物質有無存在的分水嶺。在273度以下就看不到運動物質的存在了，屬於陰界的概念，而在-273度以上我們還能觀察到物質的運動和存在現象，屬於陽界的現象。而在我們民族的傳統文化中陰陽兩種形式乃是以2，3兩數作為特徵符號象數的。

現在我們來觀察一下-273這個數字，中間的數字是7數，然7數在民族傳統文化瑰寶易經中它乃是艮卦的符號象數，其象徵意義則為山～分水嶺象

為什麼宇宙最低溫度是-273度左右？為什麼不是-300度，這一定有重大物理規律嗎？

這個話題就像光速為什麼不是300000米/秒一樣，其實我們也可以將光速折騰到這個數字的，我們只要修改度量衡中的1M長度為： 299792458/300000000即可，光速立馬就從299792458米升格為整30萬米/秒，同理，我們將攝氏溫標重新定義，那麼絕對零度立馬就從-273℃變成-300℃，當然大家肯定不服氣，這不是耍流氓嘛，沒關係，咱簡單來了解下溫度我們認識溫度的歷史。

溫度的歷史，分子運動論的來歷早在1593年，伽利略的就發明了第一個溫度計，當然那很原始，不過已經知道了利用介質的熱脹冷縮來表示溫度。1665年，義大利天文學家惠更斯提出用水的冰點和沸點作為溫度的參考點（但當時還不知道氣壓和沸點的關係）1742年，瑞典天文學家安德斯·攝爾修斯將一個大氣壓下的冰水混合物規定為0℃，同時將一個大氣壓下的水的沸點定為100℃，並且在兩者之間均分為100個刻度。此方式在1743年被修訂成現行的攝氏溫標。

安德斯·攝爾修斯

1799年，倫福德伯爵透過摩擦生熱的觀察提出了熱是一種運動的結論。早在1738年，丹尼爾·伯努利發表著作《流體力學》中提出了氣體分子運動論，1820年英國一位鐵道雜誌的編輯赫拉派斯獨立提出了伯努利曾經提出過的氣體分子運動論，並且認為壓強是氣體粒子碰撞的結果，而且明確的提出了氣體的溫度取決於分子運動的速度。1824年，卡諾出版了《關於火的動力思考》，在書中卡諾提出了理想熱機理論，奠定了熱力學的理論基礎。1827年，英國植物學家羅伯特·布朗利用一般的顯微鏡觀察懸浮於水中的花粉時，發現了分裂出的花粉微粒的不規則運動，後人將之稱為布朗運動。

布朗運動

1848年，焦耳在赫拉派斯工作的基礎上，測量了很多氣體的分子速度。在焦耳的推動下，分子運動論開始被科學界重視。1848年，威廉·湯姆森（第一代開爾文勳爵）在《關於一種絕對溫標》中提出了需要一種“絕對的冷”（絕對零度）作為零點的溫標，使用攝氏溫標計量，威廉·湯姆森利用空氣溫度計測算出絕對零度為−273 °C

第一代開爾文勳爵：威廉·湯姆森

1859年，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋用機率論證明了平衡態下，理想氣體分子的速度分佈是有規律的，這個規律稱為麥克斯韋速度分佈律，並給出了它的分佈函式表示式。1905年，愛因斯坦除了發表著名狹義相對論以外，還發表了《關於熱的分子運動論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運動》，闡述了布朗運動的微粒，它的擴散將會以一個特定的速率（稱為均方位移）移動，而這速度取決於單位摩爾流體中的原子或分子的數量。1954年，第10屆國際計量大會（CGPM）的第3號決議標定了熱力學溫標的現代定義，以水的三相點為其第二定義點，並規定將其溫度修訂為273.15K。

上文是溫度的本質-分子熱運動的流水賬，從這個過程中，我們瞭解了攝氏溫標的由來，以及絕對零度的概念，還有分子運動論的起源，當然另一層含義是絕對零度是測算出來的。

如何達到絕對零度？

前文我們瞭解了溫度是由微觀粒子運動引起的。那麼何為溫度高低呢？微觀粒子運動運動越劇烈表示溫度越高，相反則溫度越低，那麼問題來了，我們是不是能製造一個不運動的微觀粒子呢？當然目的是製造最低溫度？

當然理論上是可以的，但事實上卻無法達到，因為沒有一種手段可以讓微觀粒子的運動完全停止。現代能製造最低溫度的裝置是NASA的冷原子雲實驗室（CAL），一個類似冰箱大小的裝置，於2018年5月21日被送到了國際空間站，在微重力的條件下展開鐳射製冷的實驗。

鐳射製冷：利用鐳射的多普勒製冷方式，每次以頻移欺騙原子，受激發的原子跌落基態會釋放吸收的能量，這個釋放能量大於吸收能量，每次操作都會讓原子失去能量，從而達到製冷的目的。

但即使如此，鐳射製冷仍然只能達到-273.1499999999 ℃，但距離絕對零度仍然有一步之遙！

總結

我們瞭解了溫度的歷史與接近絕對零度的一種方式，為什麼絕對零度是-273.15℃這是由一個大氣壓下冰水混合所定義的0℃的時候所決定的，以此時的0℃為標準，我們透過此時的微觀粒子運動劇烈程度計算出運動靜止時的溫度是-273.15℃，如果要重新定義絕對零度為-300℃，這完全沒有問題，畢竟微觀粒子停止運動時的標定是不會變的，取什麼名字，那是國際計量委員會的問題。

這位同學的困惑我感同身受，其實也是我念初中時的困惑。

不過要化身柯南，找出一個驚天大秘密的話，同學們可能就會大大大失望了啊。

很簡單，這一個奇怪的設定的真相只是——科學家的任性！

具體到這個-273.15度？不好意思，其實正統的概念其實是——開；也就是始作俑者——開爾文勳爵。

絕對零度的由來

大約在一百七十年前，也就是1848年，開爾文勳爵，也就是威廉·湯姆森發表了他著名的論文《關於一種絕對溫標》，裡面提到需要一種以“絕對的冷”（絕對零度）作為零點的溫標，使用攝氏度作為其單位增量。

開爾文用當時的空氣溫度計測算出絕對零度等於−273 °C。這種絕對溫標現在稱為開爾文熱力學溫標。這就是絕對零度概念的第一次出現，至於它為什麼是-273，而不是-300？無他，因為空氣溫度計0-100的劃分已經是一個習慣，開爾文只不過沿著這條路，做了個延伸而已。

要說他是懶於再做什麼創新，其實也說的過去。

不過，經過了1967年以及2005年國際計量委員會的修正，再到2018年，1開爾文被定義為“對應玻爾茲曼常數 為1.380649×10^-23J·K^-1的熱力學溫度”。

這個定義是不是比-273度，更讓人覺得摸不著頭腦了呢？

糟糕的物理常數

其實，在現實生活中，只要你讀到初中以上的物理，就必然遇到一件頭疼的事情，接觸到的物理常數就非常的奇怪。舉個例子：

阿伏伽德羅常數——NA=6.02214129X10^23mol^-1

萬有引力常數——G=6.67384X10^-11m^3/(kg*s^2)

如果有幸上了個大學，就會遇到剛剛提到的玻爾茲曼常數——Kb=1.3806488 x10^-23J/k。

這時候，大家發現了沒，這些詭異的數字怎麼這麼不規律？這不是要逼死我們這種過目就忘的人吶！

一開始的測量

這個，其實大家可以詛咒伽利略。因為這小子，為了打破神學宗教的思想壟斷地位，把測量和數學引入了自然科學之中，創造了現代科學，他可以稱得上現代科學之父。牛頓？牛頓是現代科學的第一個大神好嗎。

科學是不斷的發展了，但而那時候的後遺症，由於當時大家條件所限——測量單位選得實在過於任性，造成的“災難性”後果只能綿延至今！

因為物理學常數雖然也像數學常數一樣，在這個世界上恆常不變，但這種恆常總是與測量有關。

物理常數究竟是多少，取決於我們覺得多少物質是一克，多大的長度是一米，多長的時間是一秒等等。非常遺憾的是，我們沿用已久的物理單位大都相當的隨意，用這樣一個隨意制定的單位，必然得到一個很隨機的數字。

所以，蝴蝶飛不過滄海，誰又忍心責怪？

只好繼續背書吧。

結語

其實有一條道路可以拯救這些槽糕的數字，就是拋棄——國際單位制，而採用——自然單位制。

有興趣的同學可以自行了解一下哦。

就是精度不太高，但其公式卻相當簡潔，極致的展現了物理學之美哦。

題目中提到的是絕對零度（absolute zero），具體數值是攝氏零下273.15度，是熱力學的最低溫度，這也是物質的溫度達到粒子動能低至量子力學最低點時的值。在現實環境下，只可能無限逼近於−273.15℃，而不能達到這個溫度。這個物理定律就是熱力學定律，也就是絕對零度無法抵達，只可能無限制逼近。整個可知的宇宙環境下也不存在這麼低的環境，因此要想達到如此低的溫度，主要採用鐳射冷卻和蒸發冷卻手段。知識點：熱力學第三定律指出，不可能透過有限過程讓系統冷卻到決定零度。

我們知道物質的溫度就是分子、原子等粒子的動能。而根據麥克斯韋-玻爾茲曼分佈我們知道，粒子動能越高，物質溫度就越高。當粒子動能到量子力學的最低點的時候，物質就達到了絕對零度。然而絕對零度是不存在的，因為任何空間必然會存在能量和熱量，它們也會進行不斷彼此轉換而不會憑空消失。空白空間從始至終沒有任何能量熱量的現象是不存在的，因此絕對零度也不存在。

科學家們通常透過鐳射冷卻和蒸汽冷卻嘗試製造極冷環境。1974年，斯坦福大學的漢森教授團體提出以鐳射將氣體分子減速的設想。鐳射冷卻是指用一道或多道鐳射將原子、分子冷卻技術。

科學家們也在不斷嘗試逼近絕對零度，例如2017年，科學家研發了“冷原子實驗室”，並將它發射至國際空間站。這種儀器在微重力的環境下創造出極冷環境，但即便如此，還是沒能達到絕對零度。

1物質是運動的，這是普遍真理。

2所有的粒子都是運動的，旋轉的，不單是熱作用的緣故。熱作用只是零度以上的，其實粒子還有一個基礎運動。

3絕對零度包含著宇宙的終極秘密。

這其實都是我們自己設定的單位呀。如果我們現在設定的單位發生改變的話，一切都會隨之改變啊。我只是個數字。真正不變的是他的本質。我舉個例子啊。如果我們現在用的溫度發生改變的話。比如說我們現在的10度變成5度。那麼我們人體的體溫就會變成18.5度左右。那麼你所說的零下溫度最低也不過是136.5度啊，這下你看到了吧？數字變了而已，而那個極寒溫度的本質是沒有改變的。

想搞明白這個問題，首先要理解溫度是什麼？

我們感知到的溫度，就是熱、冷、燙等，這是人體的感覺，是溫度宏觀的表現。但溫度的本質是什麼呢？

物體由分子或原子組成，分子或原子是運動的，其運動的快慢，在宏觀上表現出來就是溫度的高低。

理解了這個，就能明白絕對零度是怎麼回事了，就是分子或原子不再運動的狀態，因此沒有任何溫度比它更低了。

為什麼宇宙的最低溫度是-273.1度，而不是零下300度。其實我覺得這和“為什麼光速是每秒鐘299792.458公里，而不是30萬公里？”的原因有異曲同工之處。

問題之中所說的-273度中的“度”其實就是我們生活中常用的攝氏溫度，符號是℃。宇宙中的最低溫度叫做絕對零度，用宇宙的絕對零度作為起點規定的溫度叫做熱力學溫度，又叫做開爾文溫標。有時候我們叫它“開氏溫度”，單位是K。開氏溫度是衡量客觀世界的真實溫度。它是由英國的開爾文男爵在1848年提出的。宇宙的溫度用開氏溫度表示的話，那就是0K。開始溫度和攝氏溫度的換算關係是：T（K）=273.15+t(℃)。舉個例子，10℃就是283.15K 。

圖示：開氏溫度以宇宙絕對零度為起點

而宇宙中的絕對零度用攝氏溫度來表示的話，那就是-273.15℃了。這完全是單位換算的問題。我們為什麼對攝氏度有感覺而對開氏溫度沒有感覺呢？攝氏度的出現要比開氏溫度出現的要早一些。攝氏度是瑞典天文學家安德斯攝爾修斯在1742年提出的，至今已經有278年的歷史了。攝氏溫度要比開氏溫度早出現了106年。攝氏溫度規定的是純淨的水冰混合物的溫度是0℃，沸水的溫度是100℃。水是我們生活中最常見的一種物質，用它來規定溫度很容易被感知。

圖示：冰水混合物是攝氏溫度的0℃

但是冰水混合物的溫度並不是宇宙中最低的溫度啊，很多時候地球上的氣溫會低於這個溫度，因此攝氏度就有正負之分。比冰水混合物的溫度低的溫度就是負數例如零下20℃，或者是零下20℃。宇宙中的最低溫度要比攝氏度0度的起點要低得多，如果換算過來就是零下273.15℃了。

攝氏溫度和開氏溫度規定的標準不一樣，因此相互換算出來的數字毫無規律可循也就不起怪了。這就像光速的數值為什麼是每秒299,792,458米而不是300,000,000米一個道理。當初人們在定義米的時候是以地球上經過巴黎的那條經線長度的一千萬分之一作為一米的長度。這樣很大的隨機性。地球經線的長度的千萬之一和光速沒有任何的關係。因此後來科學家測量光速的時候用米作為單位只能得出299792458這樣毫無規律的數字了。

圖示：米原器，光速的數值受到“米”的定義影響

如果人類一開始就以光速為標準來定義米的話，那麼光速一定是個非常簡單的數字的。同樣如果世界上只有開氏溫度的話，我們今天的天氣預報就應該這樣報了“今天白天到夜間，最高氣溫283.15K，最低氣溫280.15K。”朋友知道這是多少度嗎？習慣這樣的天氣預報嗎？

人類的選擇基準問題匯出了絕對溫度零點問題。

人類認識自然存在先後順序的問題，最先是人類以水的冰點為自零點，水的沸點為100度定義了攝氏溫度體系基準，以此為標記透過科學探索得出了絕對零度點為-273.15度的開氏溫度體系，-273.15是一個相對於攝氏零點的比值。

另一個是時間問題。一個白天、一個黑夜被自然定義為一天，一個春天到下一個春天，一個完整的四季迴圈被自然定義為一年。有了這些基礎的定義後，為了方便定義出了一天24個小時，一小時60分鐘，一分鐘60秒，隨著技術的發展（微分化）需要更精準的時間要求，現在出來了銫原子振盪週期定義的時間，但同時尊重原始的時間的定義形成了現在時間體系，根據不同的精度需要選擇到不同的精度和時間度量方式。計算一天就粗略地用到小時就能保證計算的需要。但是當發現每一天都用24小時來計算時出現了不精準的問題，所以後來根據需要進行了修正，保證對天文（天亮時刻、天暮時刻）時間開始和結束的精準計算。這樣形成了今天的時間體系，

米原器更是人類規定長度的第一個公認的基準，是為了需要創造的神器，同樣的神器還有公斤砝碼等。

以上這些就形成了各種計算的基準，形成了一個計量體系。

有了公認的、精準的、同時繼承了原始蹤跡計量體系。人類世界的各行各業才有了很好的、一致的發展的基礎。才消除了混沌和混亂促進了人類的技術發展。

拿這樣的一個計量體系去度量（測量）世界上的各種物體，解釋各種現象，才有了光速不是30萬公里這個整數值，同理絕對零度出現的也不是一個整值。

但是我們又習慣在不需要精準計算場合使用整數值進行交流，傳送要表達意思。所以有絕對零度負273度、光速30萬公里，這些說法，都是正常可以理解的。

這是按照當前的溫度單位設定，經過計算推匯出來的。不是必然。如果你當初規定一攝氏度不是現在的一度，那麼這個就不是負273度了。

物理學上的溫度指的是分子熱運動，分子運動速度越快溫度就越高，反之就越低，由於分子也擁有一定質量，所以它的運動速度無法達到光速

因此宇宙中的溫度上限就是“普朗克溫度”，這個溫度意味著分子運動速度接近光速，迄今為止只有宇宙大爆炸那一刻的溫度達到過普朗克溫度。宇宙溫度的下限被稱為“絕對零度”，準確數字是-273.15℃，目前人類用鐳射製冷可以達到-273.1499999999℃，但永遠也不可能達到絕對零度。

原因在組成分子的原子和組成原子的電子和其他微觀粒子身上，處於量子世界的它們遵循不確定性原理，位置和動量資料無法被被確認的微觀粒子完全無法被“人工靜止”，因此微觀世界的運動是無法避免的，而運動就會產生溫度，所以人類永遠無法達到絕對零度。

至於絕對零度為什麼是-273.15℃而不是其他數值，則要從開爾文男爵說起

開爾文在1848年提出了“開氏溫度”，這個溫度主要用於物理學中，日常生活中的人仍然使用攝氏度或者華氏度，宇宙溫度用開氏溫度來表示的話就是簡簡單單的0k（後來被修正3k），而0k的開氏溫度換算成我們常用的攝氏度後就變成了-273.10℃。

宇宙中存在著形形色色的規律，這些自宇宙大爆炸瞬間就誕生的宇宙規律後來不斷被物理學家們發現並公諸於世，而後人類就需要把一些規律表示出來，所以就需要制定一些類似於度量衡的物理學單位。

我們可以肯定外星文明科學技術發展到一定水平後，也會發現它們的“絕對零度”和“普朗克溫度”，表述方式和所用的單位雖然肯定和人類不一樣，但表達的物理現象和物理量肯定是相通的，所以說科學才是宇宙智慧文明之間的通用語言。

數學家認為數學也是宇宙智慧文明通用語言，所以他們建議探測器應該刻上勾股定律

說起來全是水惹的禍。

水是藍星上最常見最常用的，當初千不該萬不該，一幫物理學家用水搞實驗，用水建立標準，

一千克是一立方分米水，攝氏溫標又是水三相點定立標準，但是水它容易分份呀？你指望一大群物理學家用不均勻的黃花梨做砝碼搞研究嗎？

黃金天生不是貨幣，但黃金天生硬通貨，

水是藍星物理化學世界天生的硬通貨，天生好使。

屈服吧。

其實宇宙是存在最低溫度的，這個溫度就是零下273.15度，同時宇宙也存在一個最高溫度，這個溫度就是1.4*10^32K（1.4億億億億度）。最高溫度和宇宙大爆炸模型有關。而最低溫度其實和熱力學、量子力學有關。

今天，我們就來說一說最低溫度到底是咋來的？為什麼就不是其他的數字，偏偏是-273.15度？

溫度

其實要了解最低溫度，我們就得先來聊一下：溫度的本質到底是什麼？

其實在物理學中關於“溫度”的定義特別多。我們就來說一個微觀世界中，對於溫度的定義。具體來說，溫度的本質其實就是微觀粒子的熱運動的劇烈程度。

那該如何去理解這個定義呢？

我們都知道，萬物都是由粒子構成的。但是粒子並不是整齊劃一地排排隊地構成粒子。實際上，粒子更像是雜亂無章的狀態。

那問題就來了，那高溫和低溫有什麼區別呢？

其實溫度的微觀定義是有統計學基礎的，意思是說，需要建立在一定足夠多的粒子數之上。我們就拿太空來說吧，很多人認為太空的溫度是絕對零度。那意思就是說，到了天空中極有可能會被凍死。但實際上，這是有問題的。太空的物質密度極其低，大概就是一立方米只有一個氫原子的水平，所以，體現不出溫度來，所以暴露在太空中不會是凍死，而是憋死。而且太空也不是絕對零度，由於宇宙微波背景輻射的存在，這個溫度應該比絕對零度高2.72度。

所以，溫度要體現出來需要足夠多的粒子。而這些粒子的平均動能越高，溫度越高，反映出來的現象就是粒子整體上運動得越劇烈，溫度就越高。

絕對零度

瞭解了溫度的本質。我們再來看“絕對零度”其實就很好理解了。既然微觀粒子的熱運動的劇烈程度，在宏觀上表現出溫度的高低。那如果微觀粒子的平均動能為零，那不就沒有溫度了嗎？那這個狀態對應的是溫度不就應該是絕對零度了嗎？

這樣的看法也對，也不對。為什麼這麼說呢？

這是因為微觀世界和我們的宏觀世界是非常不同的，我們不能用宏觀世界的“有色眼鏡”來看微觀世界的現象。這裡不對的情況其實來自於量子力學的基石理論，也就是大名鼎鼎的“不確定性原理”，這條原理是由量子力學的奠基人之一維爾納·海森堡提出來的。

科學家在上世紀初就發現，在觀測電子的時候，你很難同時獲得電子的位置資訊和動量資訊。一旦你先把電子的位置資訊測準了，那動量資訊就測不準了；同理，當你想測準動量資訊，位置資訊就不準了。

所以，微觀粒子是不太可能靜止在那裡一動不動，理論上，它們在最低能量狀態時，還是會保持著在一定區間範圍內的振動。當微觀粒子處於這樣的狀態時，所對應的溫度就是零下273.15度，也就是絕對零度。由於這已經是微觀粒子的最低能量狀態了，沒辦法再低了，因此，溫度不可能再小了。

那問題來了，這個溫度真的可以達到嗎？

絕度零度能達到嗎？

客觀地說，按照目前的理論，絕對零度是達不到的，這其實也是熱力學幾大定律之一的內容。那為什麼絕對零度達不到呢？這裡其實就涉及到如何降溫的問題。

我們一般來說都是利用一個比原來溫度更低的溫度來給降溫。因為自然界有一條能量最低原理，能量會自發的從高能量狀態滑向低能量狀態。

要達到絕對零度，按照理論來說，就應該拿一個比絕對零度更低的溫度來降溫，可問題是，絕對零度已經是最低溫度了，沒辦法再往下降了，因此，我們不可能達到絕對零度。

但是理論歸理論，這並不是說就意味著我們什麼都不能做了。實際上，不信邪的科學家大有人在。很多科學家都向這個理論發起了挑戰，在地球上有許多實驗室在利用各種辦法做低溫試驗。

如今科學家還沒有成功試驗絕對零度，但已經十分逼近了絕對零度，但始終也沒有能夠實現絕對零度。