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連光也能凍住,零下273.15度的絕對零度,究竟有多可怕?

地球自身并不會發(fā)光發(fā)熱

我們在地球上感受到的溫暖都來自于燃燒的太陽,其實(shí)放眼整個太陽系,地球已經(jīng)是溫度最適宜的星球了,比如離太陽最近的水星,在白天受太陽直射時的溫度可達(dá)432攝氏度,晚上最低氣溫能達(dá)到零下172攝氏度。

宇宙中存在許多極端的溫度,尤其是在灼熱的恒星上,最高溫度可達(dá)上億攝氏度,而在距離地球5000光年的旋鏢星云上,那里的溫度達(dá)到了零下272攝氏度,非常接近絕對零度,絕對零度是宇宙中最低的溫度,即-273.15攝氏度。

宇宙中的最高溫度還沒有上限,為什么最低溫度只有零下二百多攝氏度?

是否存在比它更低的溫度呢?

嚴(yán)寒可以凍結(jié)萬物,那么絕對零度可以凍住光甚至是時間嗎?

攝氏度的概念由瑞典天文學(xué)家安德斯發(fā)明,當(dāng)時他把冰水混合物的溫度定位100攝氏度,再把沸水溫度定義為0攝氏度,當(dāng)然在不同大氣壓下沸水的溫度也不一樣,所以也有一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,后來人們?yōu)榱耸褂梅奖,調(diào)轉(zhuǎn)了0和100度的定義。

在熱力學(xué)領(lǐng)域,開示溫標(biāo)開爾文更加常用,即K,1k就等于1攝氏度,0k即絕對零度:-273.15攝氏度。

從十九世紀(jì)開始,科學(xué)家就在研究絕對零度,人們首先對“熱”提出了一種概念:熱是運(yùn)動的,后來倫福德提出了熱運(yùn)動說,他認(rèn)為分子熱運(yùn)動的劇烈程度就代表著溫度,分子熱運(yùn)動越強(qiáng),物體溫度就越高,反之溫度就越低。

根據(jù)不同物體分子運(yùn)動強(qiáng)度大小,就產(chǎn)生了溫度差以及熱傳導(dǎo)和熱交換現(xiàn)象,熱能在不同物體之間互相傳遞,同時也產(chǎn)生了能量。

分子可以劇烈的運(yùn)動,以至于溫度可以達(dá)到上億攝氏度,但分子能否完全靜止下來,從而達(dá)到最低的溫度呢?

科學(xué)家按照這個理論推斷,計(jì)算出了最低溫度是-273.15攝氏度,在這個溫度下,分子達(dá)到了靜止的狀態(tài),動能完全消失,系統(tǒng)內(nèi)能量為0。

此時氣體將不存在體積,達(dá)到絕對真空的狀態(tài),絕對真空已經(jīng)沒有空間和物質(zhì)了,顯然它不可能存在于地球上,那么宇宙中的其他地方有絕對零度嗎?

通過研究發(fā)現(xiàn),宇宙中的確有許多溫度極低的星球,比如我們熟知的天王星和海王星,但他們的溫度離絕對零度還有很大距離。

科學(xué)家又把目光投向宇宙大爆炸的余熱:宇宙微波背景輻射,它的溫度已經(jīng)達(dá)到了-270.45攝氏度,分子運(yùn)動速度越慢,再往下降低就越困難。

目前已知宇宙中最低的溫度為-272攝氏度,位于距離地球5000光年外的一個原行星云,根據(jù)熱力學(xué)定律,絕對零度在我們的宇宙不可能達(dá)到。

那么假如出現(xiàn)絕對零度,光也能被凍住嗎?

牛頓最早提出光應(yīng)該是一種粒子,但惠更斯和牛頓討論后,又認(rèn)為光或許是一種機(jī)械波,假如光是波動的,那么這束光進(jìn)入絕對零度的狀態(tài)時,被凍住的可能就是幾道波。

后來愛因斯坦綜合了兩種觀點(diǎn),提出了光的波粒二象性,巧妙融合得出了這個結(jié)論:光沿直線傳播,假如光呈粒子態(tài),那么它可能就變成了一根筆直的棍子。

不過這一切只是理論上的狀態(tài),首先在人類已知的知識中,絕對零度不可能達(dá)到,其次一旦光子進(jìn)入了絕對零度區(qū)域,這片區(qū)域就不再是真空的,絕對零度的狀態(tài)隨之也被打破了,實(shí)驗(yàn)也就失去了它原本的意義。

在絕對零度的世界里,沒有物質(zhì)沒有運(yùn)動,自然就沒有空間和時間,在138.2億年的宇宙大爆炸之前,基本就處于絕對零度的狀態(tài),除了初始的奇點(diǎn),周圍什么都不存在,包括時空。所以從某種意義上來說,絕對零度也意味著永恒。

奇點(diǎn)大爆炸幾乎提供了無限的熱量和能量

讓宇宙從除奇點(diǎn)外空無一物演化到如今波瀾壯闊的宇宙,首先出現(xiàn)的氫和氦演化出了后續(xù)的各種物質(zhì),所以研究宇宙宏觀的熱量變化,就是在研究宇宙整體的演化。

隨著初始能量的耗盡,宇宙最終會停止膨脹,不再誕生新的恒星,宇宙中的熵越來越高,最后恒星全部熄滅,陷入一片死寂。

這時整個宇宙進(jìn)入最低能量狀態(tài),無限接近絕對零度,但永遠(yuǎn)不可能達(dá)到絕對零度。

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