随后,1779年,约翰·海因里希·兰伯特对这个概念进行了一些改进,认为-270°C可视为绝对零度。然而,在当时,一些权威人士存在一些混乱,包括拉瓦锡、拉普拉斯和道尔顿等科学家,他们都认为绝对零度一定在-600℃以下,而大多数人认为它大约在-3000℃左右。
经过焦耳等科学家的深入研究后,终于出现了一位伟大的科学家,开尔文勋爵。他给热力学领域带来了一次革命性的突破,给绝对温度带来了明确的定义。
开尔文勋爵强调了一个关键观点,即绝对温度应该与任何特定物质的属性无关。这个观点宣布了绝对温标(也称为热力学温度)的诞生。而且,他们选择以开尔文的名字来命名这一新的温度单位,简称开(K)。
根据热力学的方程,我们可以很容易地计算出绝对零度,它大约在-273℃。这个数字,我们在高中物理课上都学过,是一个非常重要的概念,它标志着温度的一个特殊点,也是我们今天使用的温标的基础。
极限挑战绝对零度是一个理想的、无法达到的最低温度,它是物理学的一个极限。但是,这并没有阻止人类对它的探索和挑战。在科学史上,有一群勇敢的科学家,他们用各种“土法制冷”的方法,试图接近绝对零度,从而揭开它的神秘面纱。
"土法制冷"是一种通过简单的方法来制造低温的技术。它利用气体的压缩和膨胀,以及不同气体的沸点来实现这一目标。这种方法背后的原理可以用一句口头化的话来概括:“气体压缩发热,膨胀吸热”。
最早开始这种挑战的是英国的迈克尔·法拉第,他是电磁学的奠基人之一,同时也被认为是化学之父之一。在19世纪初,他开始挑战极端低温,试图通过压缩和冰浴的方法来液化各种气体,如氯气、氨气和硫化氢气。
法拉第在他的实验中获得了一些显著的成就,最低的温度达到了-130摄氏度。这是一个重要的突破,但他也面临了一些无法液化的气体,如氧气、氮气和氢气。当时,他将这些气体称为"永久气体",意思是它们似乎无法被压缩成液态。
然而,法拉第没有意识到,这些所谓的"永久气体"只是比较顽固,需要更低的温度才能被液化。后来的科学家继续努力,最终克服了这一挑战,实现了氧气、氮气和氢气的液化,这为研究绝对零度的接近提供了更多的可能性。
法拉第的工作为此领域的后续研究奠定了基础,也使我们更好地理解了气体行为和低温物理学。
路易斯·保罗·卡耶泰和詹姆斯·杜瓦是继迈克尔·法拉第之后,继续挑战极端低温的科学家,他们采用了不同的方法来实现更低的温度。
卡耶泰利用了焦耳-汤姆森效应的原理,这个原理表明,当气体在等焓条件下(没有热量交换),通过一个小孔或阀门从高压区域流向低压区域时,会导致温度的变化。
这个变化取决于气体的种类和温度,有些气体会升温,有些气体会降温。卡耶泰成功地利用了这个效应,液化了氧气和氮气,分别达到了-183摄氏度和-196摄氏度。这为继续挑战极低温度创造了可能性。