絕對零度-273.15℃為什麼是溫度的下限,隨著科學認知的提升會不會更低?

海內知識


低過絕對零度後(宇宙溫度),暗能量開始出現,逐漸形成奇點,最後發生暗能量劇烈反彈(宇宙大爆炸),大爆炸後留下一個宇宙坑就是黑洞。宇宙是由溫度下沉開始形成的


美術家1


我們都知道,絕對零度是零下273.15攝氏度。但不知道有木有想過這個問題,為什麼絕對零度是這麼一個溫度?難道不可能出現比絕對零度更低的溫度了嗎?或者說,有沒有可能絕對零度隨著人類的認知水平的提升,也會發生變化?

溫度

要想搞清楚這個問題,我們就得先搞清楚“溫度到底是什麼?”。很早以前,關於溫度的問題,科學家提出了許多的假說,比如:燃素說,熱質說。

尤其是熱質說還一度是非常主流的科學理論,有一些熱力學定律就是基於熱質說提出來的。當然,後來熱質說也被否定了。

如今,對於“溫度”的定義其實要遠比我們想象中的複雜。不過,這並不妨礙我們理解溫度。我們可以從經典物理學的視角來理解這個問題。在經典物理學中,溫度的微觀解釋就是分子熱運動的劇烈程度

那這句話是什麼意思呢?

我們都知道,萬物都是有粒子構成的。但是這些粒子實際上並不是整整齊齊地排著隊,而是雜亂無章的。我們可以來舉個例子,構成物質的原子,並不是像學生們在上間操時那樣拍好陣列的,而更像是在自由活動時間,或者下課時間在操場上亂跑的狀態。

這也就帶來了一個問題,我們該如何描述它,或者說它和宏觀世界有什麼聯繫?

科學家發現,當這些粒子整體的動能很大時,溫度就高;整體的動能很小時,溫度就低。於是,我們可以利用分子的平均動能來描述溫度。

分子的平均動能越大,溫度就越高,分子的平均動能越小,溫度就越低。

絕對零度

那知道溫度的本質,我們再來看看絕對零度到底是什麼?

其實這個問題也很容易,既然溫度和分子的平均動能有關。那就意味著,分子的平均動能為零時,就是最低溫度。實際上,關於絕對零度的定義也確實如此,唯一不同的是,絕對零度指的是在量子力學框架下的平均動能最低點。

但是這裡其實要多補充一點。很多人會覺得絕對零度對應的微觀世界就是粒子們都站那不動了。實際上,並不是如此,粒子還是要動的,只是在小範圍的振動。而且這個時候的粒子還符合量子力學的基本原理,也就是大名鼎鼎的不確定性原理。那什麼是不確定性原理呢?

上世紀20年代,物理學家海森堡就一直在思考量子力學的相關問題。後來,他摒棄了軌道,能級等概念,提出了不確定性原理。他發現,我們沒有辦法同時確定粒子的位置信息和動量信息,一旦有一項測得準了,另外一項就很難測準,因此,這個理論也被稱為測不準原理。

如果微觀粒子完全不動了,那就不符合量子力學的基本理論,這是因為處於這種狀態,我們就可以同時測準位置信息和動量信息了。

所以,絕對零度時,粒子並不非是完全不動的,而是在小範圍內振動。

絕對零度變化嗎?

實際上,在理論上,是允許低於絕對零度的,這裡說的理論上,僅僅指的是數學上的表述。但實際上是不可能發生的。而且根據熱力學定律,絕對零度是達不到的。其實這個問題也好理解,我們要給一個物體降溫,一般是拿一個更低溫度的東西來降溫。這和抽真空也很小,說白了就是拿一個更空的來抽。

那問題來了,如果要降到絕對零度,這意味著就得拿一個比絕對零度更低的溫度來降溫,可明明絕對零度已經是最低溫度了,上哪能找到更低的溫度來降溫?

所以,你發現,你沒辦法用這種手段來實現低於絕對零度。那真的就達不到絕對零度了嗎?

實際上,科學家是不信邪的,科學家並不會被一個熱力學定律給嚇唬到,畢竟定律就是用來打破的。他們其實做了很多嘗試,目前最主流的辦法是利用激光,你可以把激光想象成筷子,利用多束激光,就可以是現在原子層面上,讓原子儘可能地靜止,就好像用筷子夾住了一樣。利用這個辦法,科學家做到了十分接近於絕對零度,但目前來看,還沒有到達零度。


薛定諤的科學


首先我們要明白溫度的定義,簡單說溫度就是微觀粒子運動劇烈程度,而絕對零度是微觀粒子運動的最低值,並不是粒子完全不動的狀態,為何這樣說?

這是量子力學的不確定性決定的,根據這個特性,任何微觀粒子都存在著不確定性,微觀粒子的動能和位置是不確定的,兩個不確定性的乘積必須大於一個數,不可能為零,所以粒子的動能也就是速度不可能為零!

這說明粒子不可完全靜止!

熱力學第三定律也決定了溫度不可能低於絕對零度,這是目前人類的科學認知。當然任何科學理論都是有侷限性的,科學一定存在侷限性,這是科學本質決定的,因為科學是沒有盡頭的!

對於未知的東西,我們需要用科學精神去理解,而不是用猜測和想象,科學精神就是“用證據來說話”,否則如果僅有想象猜測,與民科有什麼區別?

當然,這並不是說科學不需要想象猜測,確實需要,但更需要想象之後的證據!科學是非常嚴謹的,不是你想怎樣就怎樣!

純理論分析,隨著人類認知的提升,絕對零度確實有可能更低,但如果這樣,絕不僅僅是絕對零度的降低,更是人類科學的絕對顛覆,因為與絕對零度絕不是一個單一孤立概念,與之相對性的還有光速,普朗克常數,量子力學的!


宇宙探索


什麼是溫度?

其實要了解這個問題,我們要想搞懂什麼是溫度?

可能你會說就是冷熱。實際上,溫度也確實是表示:

物體冷熱程度的物理量。

但這些是在宏觀上的體現。我們可以通過溫度計來間接測量一個物體的溫度變化。而用來測量物體溫度數值的標尺叫溫標。

如果從微觀上來看這個問題,溫度的本質是:

物體分子熱運動的劇烈程度。

絕對零度

我們也可以換一個表述方法:溫度是物體內分子間平均動能的一種表現形式。

也就是說,其實我們能夠感覺到冷熱,本質上是感受到的是分子間的平均動能。分子間的平均動能越大,溫度就越高。分子間的平均動能越小,溫度就越低。

那有沒有可能分子間的平均動能為零呢?

是的,如果分子間的平均動能為零,那意思就是分子都不動了,靜止了。

但是由於海森堡的不確定性的存在,絕對零度的物體內部粒子還在振動。

說白了就是不確定性原理不允許任何振動的系統的能量為零。

在直白一點,就是說如果停止振動,位置和動量就全部已知了,而不確定性原理是不允許這樣的事情發生的。我們從不確定性原理原理的定義中就可以知道:

不確定性原理:粒子的位置與動量不可同時被確定,位置的不確定性越小,則動量的不確定性越大。

而分子處於這種“靜止”時,溫度就是−273.15°C,也就是絕對零度。

無法達到的“絕度零度”

那有沒有可能出現低於絕對零度可能性呢?

直接給出答案:不可能!根據熱力學第三定律:

完整晶體於絕對溫度零度時(即攝氏-273.15度),熵增為零。

我們是無法達到絕對零度的,不要可能低於絕對零度。首先,我們可以想想在世界上哪裡最冷?可能很多人會說,應該是浩瀚的,沒有光照的太空?

但即使是完全沒有光照的太空,也無法達到絕對零度,這個溫度大概在3K左右(絕對零度是0K),也就是比絕對零度還大一點點。這是因為按照目前的理論,宇宙誕生於一次大爆炸。

大爆炸38萬年後,大爆炸的“餘熱”以電磁波的形式還在宇宙中傳播,這被我們叫做宇宙微波背景輻射。

但是我們剛才也說到,我們感受到溫度其實是分子間的平均動能。由於宇宙單位面積內的原子數低得令人髮指,所以,其實也不太能夠感受到太空中的溫度。

而目前已知的最接近於絕對零度的是在人類的實驗室裡,已經能夠達到非常接近於絕對零度的狀態。但是,科學家也知道是無法做到絕對零度的。

我們可以想想一個物體是如何降溫的,我們通常拿一個比它溫度更低的東西給他降溫,比如,我們把熱水和冰水放到一起,就變成了正常溫度的水。而要達到絕對零度是用不了這個辦法的,因為我們上哪找比絕對零度還要低的溫度來中和?

所以,科學家想到的辦法就是,能不能把原子們都搞得“靜止”下來,通過激光進行操作,用這樣的辦法我們無限逼近絕對零度。

比如:德國、美國、奧地利等國科學家組成的研究小組,曾經在實驗室裡創造出了僅僅比絕對零度高0.5納開爾文的溫度紀錄。


鍾銘聊科學


根據熱力學第三定律,絕對零度永遠無法達到,只可無限逼近。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。在此一空間,所有物質完全沒有粒子振動,其總體積並且為零。

所以如果有達到這個溫度,那這三維空間會崩潰坍縮,直接消失不見,絕對零度容不下物質和空間的存在……

還有我的另一種猜想,就是空間沒有崩潰,但是這個空間的物質的三維結構會崩潰,會向空間第四維擴散! 希望我的猜想是對的,因為如果成立,那就是說明了我們三維宇宙的邊界同樣是廣闊的四維空間的邊界。我們的宇宙的一直膨脹,其實是從三維物質往四維展開!




木子13898153


絕對零度是理論上的最低溫度,因為在絕對零度中連電子光子都停止了,還有什麼比停止更慢的速度?所以正因為宇宙深空有溫度哪怕接近絕對零度物質中的電子就會活動,有活動就會產生電磁波就會被人類天文儀器接收到信號。


棲雁林


絕對零度是根據理想氣體所遵循的規律(即理想氣體狀態方程),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。如果從分子運動論的觀點出發,理想氣體分子的平均平動動能由溫度T確定,那麼也可以把絕對零度說成是“理想氣體分子停止運動時的溫度”。以上兩種說法都只是一種理想的推理。事實上一切實際氣體在溫度接近-273.15℃時,將表現出明顯的量子特性,這時氣體早已變成液態或固態。總之,氣體分子的運動已不再遵循經典物理的熱力學統計規律。通過大量實驗以及經過量子力學修正後的理論導出,在接近絕對零度的地方,分子的動能趨於一個固定值,這個極值被叫做零點能量。這說明絕對零度時,分子的能量並不為零,而是具有一個很小的數值。原因是,全部粒子都處於能量可能有的最低的狀態,也就是全部粒子都處於基態。



六扇門王大爺


是三維物質宇宙的下限,是四維的起點。和所謂的奇點、普朗克尺度、光速(在其中可能算個頭比較小的)有一定關聯。是兩個時間軸的垂直點,但不交叉。和兩個無限接近的實數距離有關。我們的溫度是力的表現形式。



代華的時間軸


三維空間開始坍縮,就這麼簡單


HelloOne


在絕對零度時分子都不運動啦,不運動意味著死亡,那是溫度是物質的起點也是終點,按現在的物理體系應該不會有更低的啦


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