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1 # 程華vc
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2 # 來日再聊
為什麼不能製造出比-273更低的溫度?
粒子的熱運動會使物體產生溫度,而溫度實際上是用來測量粒子熱運動強度的。粒子的熱運動低,則相應的溫度也低。當粒子完全靜止後,熱運動也會隨之完全停止,這時溫度將降至最低值,即絕對零度。
然而,從相對論和量子力學的角度來看,粒子是不可能完全靜止的,絕對零度是無法達到的溫度下限。相對論認為,絕對靜止是不存在的,因為沒有絕對空間,而靜止是相對而言的。在量子力學中,如果粒子是絕對靜止的,那麼它們的位置和動量是可以確定的,這違背了不確定性原理——粒子的位置和動量是不能同時測量到的。
根據熱力學定律,絕對零永遠不可能達到,但是可以無限接近。因為任何空間都必須有能量和熱量,連續的能量轉換不會消失。也就是說絕對零是不存在的,除非空間從一開始就沒有能量和熱量。在這個空間裡,所有的物質都沒有粒子振動,其總體積為零。
我們可以打個比方,把光速比作溫度,光速的最高上限就好比溫度的最高溫度普朗克溫度 T=1.416833(85) × 10的32次方K。光速最低就是零,也就是靜止不動。溫度本質是物體內粒子的動能,當這些粒子動能低到量子力學最低點的時候(不能是零——海森堡不確定原理),就不能再低了,只能無限接近。
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3 # 愛因斯坦的愛
溫度是熱力學中特有的一個物理量,它在宏觀上表徵了物質冷熱狀態的程度,而微觀上物質的溫度取決於組成物質的分子、原子等粒子的平均動能,粒子的平均動能越大,物質的溫度就越高。粒子的平均動能是大量粒子的統計結果,對於個別或少量粒子,說它們的溫度是沒有意義的。
理論上,物質存在一個熱力學的最低溫度,即絕對零度。在國際單位制中開爾文是溫度的基本單位,符號為K,絕對零度即為開爾文溫度的零點0 K,換算成攝氏溫度為-273.15 ℃。然而,自然界中的溫度是不可能達到絕對零度的,只能無限逼近。
按照熱力學統計的觀點,絕對零度是組成物質的分子、原子熱運動停止時的溫度,然而實際上分子、原子的運動是永遠不會停息的,熱力學的絕對零度是永遠不可能達到的。絕對零度是根據理想氣體所遵循的規律推匯出來的,事實上對於實際氣體,在溫度未達到絕對零度以前已變成液體或固體,熱力學統計規律已不再適用。在量子力學中,即使溫度達到絕對零度時,組成固體的粒子也還保持著可能處於最低能量狀態的能量,稱為零點能量。
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4 # 長風科普課堂
【1】溫度的本質就是微觀粒子運動的劇烈程度的宏觀體現。微觀粒子主要是指分子、原子、電子等。微觀粒子運動劇烈,溫度高;運動緩慢,溫度低。
【2】絕對零度是-273℃(0K),是理論上的最低溫度,也就是微觀粒子完全停止運動時的溫度。微觀粒子運動都停止了,還怎麼能更低了呢?
【3】舉例:就好像你讓一個人老實一點,那好,現在他都一動不動了,你還想讓他怎麼更老實一些呢?
【4】目前宇宙中存在的最低溫度為2.7K,也就是-270.3℃。這是目前人類已知的最低溫度了。
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絕對最低溫度為-273.15攝氏度,這也是物質能達到的最低溫度,亦稱為絕對零度.。這種溫度只能無限接近,無法達到,一旦到達此溫度,空氣會成了固體。
1、什麼是絕對零度?
在此溫度下,構成物質的所有分子和原子均停止運動。所謂運動,係指所有空間、機械、分子以及振動等運動。還包括某些形式的電子運動,然而它並不包括量子力學概念中的“零點運動”。除非瓦解運動粒子的集聚系統,否則就不能停止這種運動。從這一定義的性質來看,絕對零度是不可能在任何實驗中達到的,但目前科學家在實驗室中已經達到離絕對零度僅百萬分之一攝氏度的低溫。所有這些在物質內部發生的分子和原子運動統稱為“熱運動”,這些運動是肉眼看不見的,但是我們會看到,它們決定了物質的大部分與溫度有關的性質。 正如一條直線僅由兩點連成的一樣,一種溫標是由兩個固定的且可重複的溫度來定義的。最初,在一標準大氣壓(760毫米水銀柱,或760託)時,攝氏溫標是定冰之熔點為0℃和水之沸點為100℃,絕對溫標是定絕對零度為oK和冰之熔點為273K,這樣,就等於有三個固定點而導致溫度的不一致,因為科學家希望這兩種溫標的度數大小朝等,所以,每當進行關於這三點的相互關係的準確實驗時,總是將其中一點的數值改變達百分之一度。 現在,除了絕對零度外,僅有一固定點獲得國際承認,那就是水的“三相點”。1948年確定為273.16K,即絕對零度以上273.16度。當蒸氣壓等於一大氣壓時,水的正常冰點略低,為273.15K(=o℃=320°F),水的正常沸點為373.15K(=100℃=212°F)。這些以攝氏溫標表示的固定點和其他一些次要的測溫參考點(即所謂的國際實用溫標)的實際值,以及在實驗室中為準確地獲得這些值的度量方法,均由國際權度委員會定期公佈。
1848年,英國科學家威廉·汽姆遜·開爾文勳爵(1824~1907)建立了一種新的溫度標度,稱為絕對溫標,它的量度單位稱為開爾文(K)。這種標度的分度距離同攝氏溫標的分度距離相同。它的零度即可能的最低溫度,相當於攝氏零下273度(精確數為-273.15℃),稱為絕對零度。因此,要算出絕對溫度只需在攝氏溫度上再加273即可。那時,人們認為溫度永遠不會接近於0K,但今天,科學家卻已經非常接近這一極限了。
物體的溫度實際上就是原子在物體內部的運動。當我們感到一個物體比較熱的時候,就意味著它的原子在快速動動:當我們感到一個物體比較冷的時候,則意味著其內部的原子運動速度較慢。我們的身體是透過熱或冷來感覺這種運動的,而物理學家則是絕對溫標或稱開爾文溫標來測量溫度的。
按照這種溫標測量溫度,絕對溫度零度(0K)相當於攝氏零下273.15度(-273.15℃)被稱為“絕對零度”,是自然界中可能的最低溫度。在絕對零度下,原子的運動完全停止了,並且從理論上講,氣體的體積應當是零。由此,人們就會明白為什麼溫度不可能降到這個標度之下,為什麼事實上甚至也不可能達到這個標度,而只能接近它。
自然界最冷的地方不是冬季的南極,而是在星際空間的深處,那裡的絕對溫度是3度(3K),即只比絕對零度高3度。
這個“熱度”因為實際上我們談到的溫度總是在絕對零度之上)是作為宇宙起源的大爆炸留存至今的熱度,事實上,這是證明大爆炸理論最顯著有效的證據之一。
在實驗室中人們可以做得更好,能進一步地接近於絕對零度,從上個世紀開始,人們就已經制成了能達到3K的製冷系統,並且在10多年前,在實驗室裡達到的最低溫度已是絕對零度之上1/4度了,後來在1995年,科羅拉多大學和美國國家標準研究所的兩位物理學家愛裡克·科內爾和卡爾威曼成功地使一些銣原子達到了令人難以置信的溫度,即達到了絕對零度之上的十億分之二十度(2×10-8K)。他們利用鐳射束和“磁陷阱”系統使原子的運動變慢,我們由此可以看到,熱度實際上就是物質的原子運動。非常低的溫度是可以達不到的,而且還要以尋求“阻止”每一單個原子運動,就像打檯球一樣,要使一個球停住就要用另一個球去打它。這了弄明白這個道理,只要想一想下面這個事實就夠了。在常溫下,氣體的原子以每小時1600公里的速度運動著,而在3K的溫度下則是以每小時1米的速度運動著,而在20nK(2×10-8K)的情況下,原子運動的速度就慢得難以測量了。在20nK下還可以發現物質呈現的新狀態,這在70年前就被愛因斯坦和印度物理學家玻色(1894~1974)預見了。
事實上,在這樣的非常溫度下,物質呈現的既不是液體狀態,也不是固體狀態,更不是氣體狀態,而是聚整合唯一的“超原子”,它表現為一個單一的實體。
2、超低溫現象
當環境溫度在接近絕對零度(約零下一二百攝氏度)的時候,許多物質都會呈現出與平時截然不同的奇妙現象,這就是超低溫現象。
當溫度達到零下190多攝氏度時,空氣會變成淺藍色的液體,鮮花放進液態空氣中浸一下,就會變得玻璃一樣脆,一擺動就叮噹直響;雞蛋石蠟等在液態空氣中會發光。
金屬在超低溫下也會變得面目全非:水