絕對零度達不到,但人類創造的最逼近絕對零度的溫度是多少?

眾所周知,人類利用溫度來表示物體的冷熱程度。不僅如此,科學家還發現了所謂的絕對零度,它位於零下273.15攝氏度。但是,物理定律告訴我們,絕對零度是無法達到的,我們只能無限接近它。那麼問題就來了,我們是如何發現絕對零度的?人類能達到的最低溫度是多少度?

絕對零度的發現

在18世紀以前,人類對溫度的感受只有冷熱。但是,科學研究要想進行下去,首先要科學地量化溫度。在18世紀末,瑞典物理學家把水的沸點定義為0度,把冰點定義為100度。這樣的定義和現代剛好是相反的,但對於瑞典這個常年寒冷的地區來說卻是非常好用,因為它省去了很多負數的處理。後來,別的科學家提出,物體越熱溫度應該越高才符合科學習慣,於是他們把水的冰點定義為0度,沸點定義為100度,這就是我們現在所用的攝氏度。


絕對零度達不到,但人類創造的最逼近絕對零度的溫度是多少?


在17世紀末,物理學家發現氣體遵循這樣的一個規律:溫度下降之後,壓強也就跟著下降,並且壓強下降的比例和溫度是成正比的。對溫度進行量化之後,科學家就能進行一系列的科學研究了。最終,在一百多年後,兩位科學家提出了更為嚴格的氣體定律:蓋-呂薩克定律。

這個定律表示,一定質量的氣體在壓強不變的情況下,氣體的體積會隨著溫度呈線性變化。也就是說,溫度下降的時候,氣體體積會縮小。更為極端的情況下,當體積縮小到零的時候,氣體溫度為多少呢?經過反演推算,物理學家得到了絕對零度:零下273.15攝氏度。


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人類創造的最低溫度

雖然物理學家發現了絕對零度的理論值,但同時他們也意識到這個數值是達不到的,因為我們不可能使氣體的體積變為零。否則,氣體的密度將變為無限大,最終形成一個黑洞。再者,當氣體溫度下降時,它有可能會變成液體,不再符合氣體定律。

事實上,後來物理學家創造了分子動力學理論。通過這個理論我們知道,物體的溫度實際上微觀分子的平均動能。那麼絕對零度就是分子平均動能為零的時候,也就是說這時候微觀粒子處於一動不動的狀態。但是,量子力學告訴我們,這個狀態並不能存在。


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海森堡測不準原理宣稱,我們不能同時知道粒子的位置和動量。我們越是精準地瞭解一個量,對另一個量的測量就越不準確。如果粒子處於一動不動的狀態,那麼我們就能瞭解它的位置,同時也瞭解它的動量,這顯然違背了物理規律。因此,通過海森堡測不準原理,我們也能推出絕對零度達不到的結論。


絕對零度達不到,但人類創造的最逼近絕對零度的溫度是多少?


雖然達不到絕對零度,但是我們能達到海森堡測不準原理所允許的最低溫度。2020年1月30日,一篇發表在《科學》雜誌上的論文表示,它們將納米粒子的溫度降到了一千二百萬分之一開爾文,為量子力學允許的最低溫度。


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