如果宇宙中的温度达到—273.15(绝对零度),时间会不会就停止了?为什么?

时间史


如果能达到,时间当然会停止。我们来看看所谓的温度是什么?而绝对零度-273.15℃意味着什么?这可不仅仅是时间停止那么简单。

摄氏温标

现在我们最熟悉的温度单位是摄氏度,是瑞典人摄尔修斯(1701~1744)最早提出来的,以数字刻度表明温度高低的方法。所以以他的中文译名的第一个字为单位,符号为℃。

1742年,摄尔修斯将一个大气压下水的熔点与沸点,分别定义为100℃和0℃(这和现在的认知相反)。温度越高度数反而越小,这样显得非常不自然,所以之后人们把这两个定义调换了下,变成了0℃和100℃,才形成了我们今天熟悉的摄氏度。

-273.15℃被称为绝对零度,是因为一切原子、分子的运动在这个温度将会停止,而温度的本质就是分子的热运动,所以比-273.15℃更低的温度不存在。在另一套温度换算刻度中,-273.15℃则被作为起始温度0,这就是开氏温标,单位为开尔文,符号K。

然而,摄氏度将水的熔点与沸点分别定为易用的0℃和100℃,在我们日常生活中应用更方便。

开氏温标

比起摄氏温度——以水结冰时的温度为基准,以科学家开尔文名字为单位的开氏温标更为合理,它表现的是“绝对温度”,所以又被称为热力学温标。其刻度间隔与摄氏温标相同。

它预示着温度有一个下限,热力学第三定律,也告诉我们这个下限温度永远也达不到。我们最多无限逼近它。

当物质接近这个下限温度时,会出现一些不可思议的现象。比如,大部分金属的电阻值将变为了零,变成了我们梦味以求的超导体。另外,液态氦在低于2.2K的极低温下,会变成超流体,这是比超导体更有趣的现象。 所谓的“超流体”,可以以类似液体的样子“沿容器壁反重力向上流动”,并能从液体无法通过的狭窄间隙(飞米直径)中流出。之所以会出现这些神奇的现象,皆因原本存在于普通液体内的“黏性阻力”变为了零。再从根本上来说,这是因为氦原子属于玻色子,而玻色子不用遵守“泡利不相容原理”(即在费米子组成的系统中,两个或两个以上的粒子无法处于完全相同的量子状态)。

在极限低温下,作为玻色子的氦原子全部可以变成了同一量子态,整个液氦可以看成一个宏观的大原子,而以上说的所有神奇现象,都是源于这种量子态,也称为玻色-爱因斯坦凝聚态。

即是玻色子原子在冷却到接近绝对零度所呈现出的一种气态的、超流性的物质状态(物态)。1995年,麻省理工学院的沃夫冈·凯特利与科罗拉多大学博尔德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼使用气态的铷原子在170 nK的低温下首次获得了玻色-爱因斯坦凝聚。在这种状态下,几乎全部原子都聚集到能量最低的量子态,形成一个宏观的量子状态。

绝对零度

虽然绝对零度是绝对无法达到的,就像超光速无法实现一样,但根据其定义我们也不难推测其结果。

绝对零度意味着冻结万物,万物皆静,时间还有什么意义?所以可以说连时空都冻结了。不仅如此,你想下电子一旦静止了,原子也就崩溃了,物质必然消失,最后只剩一个空荡荡的宇宙?不,宇宙都不会存在。以爱因斯坦“物质与空间相互依存”的观点来看,没有不存在于空间中的物质,也没有除去物质的纯粹空间。物质的真正消亡,必将伴随着空间的消除。

所以,-273.15℃这个温度,我们虽然能计算出来,但永远无法达到,也就是无法实验验证,但它依然属于科学体系下,这反而值得思考。

总之,绝对零度仅仅是个概念,可以说是宇宙的生命线。为了保命,宇宙绝对不允许出现绝对零度。别看是降温,真要达到-273.15℃,可是要消耗无限的能量,这和要把有质量的物体加速到光速一样不可能。

反而是温度的上限,还没有确定的极限范围,就是因为分子和原子具备进行无限剧烈运动的可能性。

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物体的温度反映的是构成物体的粒子热运动剧烈程度,两者呈正相关。按照题主的设想,如果宇宙的温度降低到了最低的温度——绝对零度(约零下273.15摄氏度),粒子的热运动全部停止,这是否就意味着时间也停止了呢?

毕竟,时间表征事物的变化,当温度到了绝对零度时,事物不再发生变化,所以等同于时间不再流逝。不过,温度不可能会降到绝对零度,而且温度和时间也没有必然的联系。

在绝对零度下,粒子保持静止,这意味着它们的动量和位置能够被同时测出,这势必会违背量子力学的一大法则——海森堡的不确定性原理。如果从热力学的角度来看,宇宙的温度也不可能变为绝对零度,因为能量交换和转换的过程始终存在,宇宙的熵总是会增加。

不仅粒子本身不会完全静止,而且粒子构成的宏观天体也不会绝对静止,它们在空间中必然会存在相对运动,所以时间也就不会停止流逝。事实上,根据相对论,时间是宇宙的基本结构,它是四维时空中的一维,它与物体是否在时空中运动以及物体的温度高低并无关系。

除非宇宙坍缩回无穷小的奇点,所有的物质和空间都蜷缩到其中。在这种情况下,时间和温度都已经没有意义,这正是宇宙发生大爆炸而创生之前的状态。


火星一号


讨论这个问题之间,我们有必要先简单了解一下绝对零度以及时间的定义。

一个物体的温度来自于其内部的微观粒子的运动,如果一个物体内的所有微观粒子都停止了运动,那么这个物体就达到了一个理论上的最低温度,即绝对零度(零下273.15摄氏度)。

再来看时间的定义,事实上我们只能对“时间”这个物理量进行抽象的定义,即时间是物质的运动以及变化的连续性、顺序性的一种度量。也就是说,如果宇宙中的物质不再具有运动或者变化的性质,那么我们就可以认为时间停止了。

如果宇宙的温度降到绝对零度,就意味着宇宙中的所有微观粒子都停止了运动,相应的它们也不会再发生变化。在这种情况下,宇宙中的所有物质都不再具备运动和变化的性质,从以上我们对时间的定义来讲,这是不是就可以说明,如果宇宙的温度降到绝对零度,那么时间就会停止?

虽然绝对零度不可能达到,但从理论上来讲,这个结论看上去似乎这是正确的,然而量子力学却告诉我们,没那么简单!因为即使真的达到了绝对零度,宇宙中依然会有一种能量存在,那就是“真空零点能”。

量子力学认为,在宇宙真空中蕴含着巨大的本底能量,即“真空零点能”,这种能量会以正负虚粒子的形式不断地形成,然后又成对地湮灭。

根据这个理论,1948年,荷兰物理学家亨德里克.卡西米尔(Hendrik Casimir)提出了一个猜想,他指出如果在真空中,将两个物体的间隙缩小到一定的程度,那么这些真空中的虚粒子就不能在两个物体之间形成。

而在其他位置形成的虚粒子,就会对这两个物体造成影响,使它们有靠拢的趋势,表现为两个物体之间产生了吸引力。这就是有名的“卡西米尔效应”,1996年,科学家通过实验证实了“卡西米尔效应”真实存在。

这也证明了量子力学中关于“真空零点能”的理论。因此,从量子力学的角度来看,即使整个宇宙都降到了绝对零度,但在量子真空里依然还有量子涨落。这就意味着,在绝对零度下,宇宙中还是存在着运动和变化的性质,那么时间当然也就不会停止。

只能说宇宙的神秘远远超出了我们的想象,我们现在了解到的,只不过是宇宙的冰山一角,也许还远远称不上“冰山一角”。


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魅力科学君


会停止,要是宇宙能达到绝对零度“零下273.15度”,时间会停下来,一切都会停下来。

只要学过高中物理,你就应该知道这个概念,这个宇宙的最高温度是多少呢?估计绝大多数人是不知道的。

粒子是宇宙大爆炸产生的,宇宙大爆炸那一刻温度极高,这个温度是1.42亿亿亿亿度,当温度降下来,能量凝聚成了基本粒子,之后形成了原子、分子,坍缩成星系、恒星、便有了我们现今的宇宙。

宇宙的最高温度和最低温度,粒子振动得越来越厉害,温度就会越来越高,如果我们能一直减慢一个粒子的振动,直到它停止下来,那么这个时候就会得到一个最低温度,这个温度是零下273.15度,也就是绝对零度。

只要你有办法能让宇宙达到绝对零度,粒子就会停下来,一切也会停下来。

但是在这个宇宙中绝对零度只可无限逼近,但永远也无法达到!





实验小超人


如果宇宙某处的温度达到绝对零度,那么时间必然是静止的。时间和温度没有必然联系,它们之间都是物质的量度。

绝对零度代表着物质运动静止,那对应的时间度量也没有意义了。

从宇宙大爆炸开始,物质都在运动,大到星系旋转,小到电子跃迁。只要有运动就存在温度,运动也是时间得以度量物质的前提。

我们先看看什么是时间?

假设从此时此刻,宇宙中所有物质静止,正反粒子对也不产生与湮灭了,地球也不自转了,恒星也不发生聚变反应了......那么时间就没有意义了。因为即便“过去多长时间”,宇宙却没有发生丝毫改变。

时间就是度量物质状态改变的量化工具。没有改变就没有时间。

在热力学中,时间之所以是单项流逝的,在于宇宙从最低熵的奇点处发生爆炸,之后宇宙物质的熵在不断增加。可以简单地理解成物质变得越来越混乱。这种变化量就是时间的意义。

而温度却是度量物质的另一种特性的物理量。温度在热力学上的本质就是微观粒子运动的剧烈程度的体现。只要物质有运动,那么温度必然大于绝对零度。

即便在周围数亿光年都不存在天体的宇宙空间中,也存在电磁波的辐射。即便没有电磁波,还有真空的狄拉克之海,也就是正反粒子对像真空借取能量“凭空”产生,之后再湮灭释放能量给真空,这些都是物质的运动。

所以绝对零度和时间静止都是物质绝对静止的不同体现。

绝对零度和时间是一种事物的两种体现。如果A事物出现某一状态,比然会同时出现B和C事物。那么请问B和C有直接关系吗?

答案是有,不过这种关系是逻辑上的,而不是本质性关系。

那速度达到光速时间也会静止,是不是意味着绝对零度就可以实现?

首先达到光速,任何参考系将变得毫无意义,即便是光子是光速飞行,那么以光子为参照物也不存在意义。

有静止质量的物体不可以达到光速,这是因果悖论。

绝对零度是理论上的温度下限,这一数值只存在于理论上,真实的宇宙不存在绝对零度的空间。

空无一物的真空其实在量子尺度上十分热闹,不仅存在光子,场,还有正反粒子对,或许还存在引力子。这些物质无时无刻都在运动,它们都携带能量,这些能量也表征为温度。

宇宙有最低的绝对零度,那有理论上最高的温度吗?

最高的温度在宇宙大爆炸那一刻才存在,也就是普朗克温度。和绝对零度同理,如果将物质化解为无限小的量,使其以最大的形式运动,再将这些形式能以积分的形式加在一起,那表征出的温度就是普朗克温度。到目前为止,宇宙最热的地方与普朗克温度还相差甚远。


科学认识论


首先绝对零度不可能达到,因为一切物质都处在永不停息的运动中,不可能达到绝对零度中全部静止的状态。

时间是什么?

时间是用来表示事物的变化的,看似绝对静止就什么都不会变化了,但是这并不代表没有时间。因为时间与温度没有关系。

绝对零度只是理论中温度的下限,我们知道温度代表着分子原子热运动的剧烈程度,温度越高,运动的越剧烈,相反也是成立的,运动的越剧烈,温度也就越高,但温度是一个含有统计意义的物理量,如果你只是讨论数个分子、原子的运动,那是没有温度意义的。

绝对零度——不再有任何的能量和热量交换,物质完全没有粒子振动,并且其总体积为零,根据热力学第三定律:不可能通过有限的降温步骤来达到绝对零度。有的朋友会说,既然有限的步骤不可能,那就用无限的步骤来完成啊,其实“无限”这个词在物理学中代表的含义其实也就是不可能了。

在国际空间站中将利用低重力的环境,采用激光制冷技术以及其他技术来完成将原子降至极低温的操作。

虽然绝对零度不能达到,但实验室中一直在做着逼近绝对零度的实验,通过激光制冷、蒸发制冷、He3-He4稀释吸收热量制冷技术来完成降到极低温的操作,甚至在未来磁制冷技术也会被应用。现在在实验室中完成的降温操作,甚至可以达到只比绝对零度高20万亿分之一摄氏度这种程度的低温,这项实验将可能在国际空间站中的冷原子实验室中实现。

对此你们有什么看法呢?欢迎在下方留言探讨。我是科幻船坞,感谢大家的阅读与关注

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科学船坞


正确理解时间,就能知道这就是停止时间


沪生泉
2018-10-0408:47


每个人都有属于自己的时间,这就是寿命。其实,所有生命体有属于自己的时间,也就是自己的寿命。如果生命体没有了寿命,那么,也就不存在了。

比如:太阳没有了属于自己的寿命,也就没有了属于自己的时间,太阳也因此不存在了。


然而,人们却不习惯这么看待生命体的时间,而是把所有生命体的时间看作为同一个时间,因为,在人们习惯上看来,任何生命体寿终,时间是不会停止的。


人们为什么有这种错误的习惯认识呢?

这是因为人们用了万能计时器——钟表,而钟表统一计量所有生命体的时间,从而,给人们一个错觉:时间是唯一性的,是不能被任何生命体独自占有的。


然而,事实却是这样的:时间不是唯一性的,而是所有生命体都有自己的时间。注意:生命体自己的时间是与自己的空间共存,且不能分离的。

比如:生命体的寿命(时间)总与生命体的肌体共存的。

若我们能这样看待时间,那么,我们就能对任何生命体的时间进行调控了。

比如:我们让人延年益寿了,这就是延长了人的寿命,或者说延长了人的时间。

又如:把人体速冻保存下来,这就是停止人的时间。(然而,我们还没有办法把停止的时间重启。)


沪生泉


谢谢 @悟空小秘书 信任邀答。

首先声明:别指望宇宙大爆炸与相对论之类神逻辑。还得就事论事,实事求是。

我们的时间计量,总是基于某个相对静止的参照系,即绝对时间。例如测量地球系内的物体运动的时间,只以地球为绝对参照系。

因此,就本题而言,温度的变化,丝毫不影响我们对绝对时间的测量。

事实是:朱棣文激光制冷效应,已经可以将碱金属原子云的绝对温度降低到:T=1纳开,即:T=0.00000001开度=-273.1499999摄氏度。

就物理思维而言,这和绝对零度几乎没有区别。那么,我们来看看,这个准绝对零度,对应的是什么真实图景呢?

其一:根据热力学第一定律T=mv²/3k,激光通过康普顿效应,将原子云粒子的速度急遽降低到:v=0.001米/秒。

这就意味着,原子的震荡速度非常缓慢,热力熵几乎达到最大值。尤其重要的是:粒子的能量,其实就是粒子的动能。

其二:原子内部的子系统,如电子、质子、中子的自旋速度、震荡速度很不容易被改变,因为自旋是粒子成形的根本动机,基态的进动或震荡是粒子自我存活的必要空间。

换句话说,粒子自旋与基态进动,是表征粒子势能或质量的固有特性。

结论:绝对零度,绝不意味着粒子停止自旋与进动,而是核外电子进动最终降到基态速度的临界指标。

物理新视野,旨在建设性新思维,共同切磋物理/逻辑/双语的疑难问题。


物理新视野


首先申明自己的观点:这个问题如果准确的回答实际涉及两个概念,一个是爱因斯坦的时空观,一个是量子力学。

第一、从时间上理解:按照爱因斯坦的时空观,时间是什么,为什么不会停止?答:时间并不是孤立存在的。

在人类历史上,人们经过长期的积累,对时间也经历了一个认识的过程。在牛顿的经典时空观里,时间和空间是两个彼此独立的概念。但在爱因斯坦的时空观中,时间和空间是一个相互影响的整体,时间成了衡量一个物体物理变化的一个参量。既然速度(空间)有一个光速的上限,时间也必然有一个绝对停止的下限;既然信息和能量不可能完全达到光速,物理变化(时间)也不可能完全停止。所以从这个意义上来说,绝对零度是不存在的。如果绝对零度存在,也就意味着一切停止,时间也就失去了意义。

当然具体到楼主的问题,按照楼主的思维定式,如果一个物体达到绝对0度,它的时间确实就停止了。但其实这种思维方式是不对的,时间并不是孤立存在的。

第二、从物理上理解:为什么不可能存在绝对“0”度?答:因为违反了量子力学中的不确定性原理。

相对爱因斯坦的时空观,量子力学对绝对“0”度的解释更加直接,易于理解。因为量子不确定性原理,量子不可能存在准确的位置和速度,只能以概率云存在。而物质一旦达到绝对0度,也就意味着量子的速度和位置就将停止、被确定。所以量子力学决定了在宇宙中不可能存在绝对“0”度。

结论:所以综上所述,在绝对“0”度的解释中,相对论和量子力学实际上是不冲突的,都不允许绝对零度的存在。至于说存在会怎么样,没人能够设想,只能说,这两大理论的解释构成了我们这个稳态宇宙的基础。

补充说明:有一种猜测认为,宇宙其实存在绝对“0”度,但是不能被测量,一旦测量温度就会发生传递,从而就不是绝对“0”度了。但这种说法显然无法证实也无法证伪,在我们现行的物理框架内,不论是相对论还是量子力学,都不允许绝度“0”度存在,也不允许时间停止。

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题主的问题提的好,居然把温度和时间联系在了一起,那我们先看一下时间和温度的定义。

先说时间吧,古往今来(呵呵,这个词就涉及到了时间),人们都对时间进行了思考,认为时间是无穷无尽的,无始无终,似乎凌驾于世界之上,也确实是啊,世界的其他部分我们都可以控制,例如为了控制距离,我们骑马,我们发明汽车、火车,为了控制温度,我们利用火,后来还发明空调冰箱,但是对于时间却无可奈何,虽然也做过努力,例如秦始皇就派徐福去寻找仙丹想长生不老,来控制时间,可是失败了。

但是,有一个人说时间也只是一个普通的物理量,这个人就是爱因斯坦,他还真的指出了控制时间的方法,就是改变速度,这就是相对论,而且爱神的隔世弟子霍金解出了爱因斯坦方程(爱神的数学水平真让人着急),指出奇点之前没有时间,就是说,时间有开始的地方,而不是平常我们理解无始无终。

那么爱因斯坦是不是第一个正确认识了时间呢?还真不是,在爱因斯坦之前,伟大的玻尔兹曼就提出了时间之箭,基本上说出了爱因斯坦的话,例如时间有开始,时间只能向前,不能穿越,这就是玻尔兹曼熵公式。

好了,玻尔兹曼出来了,那肯定就跟温度有关系了,因为玻尔兹曼熵公式的前身就是热力学第二定律啊,都热力学了,怎么可能和温度没关系啊。

玻尔兹曼熵公式现在一般表示为S=klnΩ,S代表熵,Ω代表宏观状态下包含微观状态的数量,k当然是个常数,叫做玻尔兹曼常数,不过确不是玻尔兹曼算出来的,是普朗克算出来的,对,就是那个和爱因斯坦一起开创量子论的美少年普朗克,为了纪念前辈玻尔兹曼,伟大的普朗克把这个常数谦虚地称为了玻尔兹曼常数。

现在我们看一下熵,第一:熵只能为正数,第二:只能增加不能减少,这和我们刚才说说的时间是不是一样,所以熵公式又被称为时间之箭,这是历史上第一次定义了时间,之前所谓的时间概念只是我们的臆想。

现在可以谈一下时间和温度的关系了,只要熵为零就是时间的开始,那么只要Ω为1那么熵就是零,Ω为1需要什么条件呢,那就需要是绝对零度,那时候就是时间之开始。

但是绝对零度如何达到呢?没有办法达到,只有在宇宙之初奇点的时候才是。

现在来回答题主的问题,题主的问题根本就不成立,就好像是在问奇点之前有什么一样,因为奇点是时间的开始,在此之前,时间根本就不存在,是没有之前的,所以说呢,既然绝对零度不可能达到,那何必说如果呢?

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