什么叫绝对0度,为什么无法达到绝对0度

你试图在哪里找到最低温度？也许在一个没有热源的地方，例如，在远离星系的太空中？不幸的是，即使是宇宙沙漠也会失败，因为它会升温几度，即高达2.725 K，这是由于宇宙大爆炸遗留下来的宇宙微波背景辐射。

然而，事实证明，在宇宙中可能存在比空性更冷的东西。1995年，智利欧洲南方天文台的天文学家估计，回旋镖星云中的恒星气体以600，000公里/小时的速度喷发。其本质是，随着气体的快速膨胀，内部热能被消耗，因此同时冷却。星云用于增加气体包络。这个原理是大多数冰箱工作的基础。

离太阳越远，它似乎越冷，在某种程度上这是真的。三个最冷的地方包括海王星的卫星海卫一（低于-237.6°C），冥王星（-230°C）和意外的月球。

可以理解为什么海卫一这么冷。毕竟，它距离太阳45亿公里。冥王星比它应该得更冷，因为当行星接近太阳时，其表面的氮冰会融化，并在远离太阳时再次形成。结果，它的表面像汗流浃背的人体一样冷却。另一方面，月球是一个记录保持者，因为它的底部有深深的陨石坑，阳光无法进入。此外，其表面可以加热到100°C以上的温度。

应该指出的是，太阳系中仍有许多未开发的天体，奥尔特云和柯伊伯带的一些物体很可能会将月球从它的位置移开。

许多材料在非常低的温度下表现出卓越的性能。例如，金属变成超导，液体和冷凝气体变成超流体。在接近绝对零度的温度下，玻色 - 爱因斯坦凝聚发生 - 一种物质状态，其中所有原子获得相同的能级并且彼此无法区分。

根据发表在《物理评论快报》杂志上的一篇文章，今年春天，物理学家马克·卡塞维奇（Mark Kasevich）和斯坦福大学的同事们能够将10万个铷原子的凝聚物冷却到约50皮开尔文。该指标是在抑制原子运动的特殊激光的帮助下实现的。

东方不仅是一个微妙的问题，而且在南极基地方面也是一个非常寒冷的问题。苏联气象学家在1983年记录的-89.2°C的温度记录现在存在争议。例如，最近在日本富士巨蛋极地天文台附近报告了低至-2°C的温度。然而，测量是使用仅读取表面温度而不是空气的卫星进行的。

雅库特的两个定居点正在争取被视为北半球寒冷地区的权利。这是维尔霍扬斯克市和奥伊米亚康村（事实上，谈论奥伊米亚康区更正确，因为在那里进行观察）。（距离村庄40公里）。在维尔霍扬斯克，记录的温度仍然略低--67.8°C。

然而，Oymyakon的捍卫者并没有放弃，不仅试图移动他们的邻居 - 竞争对手，而且还挑战世界纪录。正如他们正确指出的那样，沃斯托克基地位于海拔三公里以上的高度，而奥伊米亚康位于海拔700米的高度，这使得它们的高度相同，这意味着奥伊米亚康是地球上最冷的地方。事实上，海拔仅100多米的维尔霍扬斯克在这些讨论中被遗忘了。

什么是绝对零度（通常为零）？这样的温度真的存在于宇宙的任何地方吗？在现实生活中，是否有可能将某些东西冷却到绝对零度？本文试图回答这些问题和其他有趣的问题。

对寒冷的边界感兴趣的原因有很多。也许你是一个不可思议的超级恶棍，他想利用冻结的力量，了解你的能力。或者你想知道你是否可以克服一波寒冷。让我们来探索低温的极限。

你不必是物理学家就能熟悉温度的概念。但是，如果你突然不幸地在森林或其他星球上长大，这里有一个快速概述。

温度是材料中内部随机能量的量度。“内部”一词至关重要。当你扔雪球时，主要运动发生得相当快，但雪球仍然很冷。另一方面，如果你看看在房间里飞来飞去的空气分子，那么普通的氧气分子就会以每小时几千公里的速度飞行。

对于专家来说，温度比我们说的要复杂一些，因为我们倾向于对技术细节保持沉默。温度的真正定义是每个熵单位必须消耗多少能量（由于缺乏更合适的术语，残疾，我们已经详细阐述了熵）。但是，让我们跳过所有的微妙之处，专注于这样一个事实，即随着温度的下降，冰中空气和水的随机分子移动和振动得更慢。

绝对零度在 -273.15 摄氏度或 -459.67 华氏度时正好是 0 开尔文。这是热运动完全停止的点。

对这个问题的经典考虑是，一切都止步于绝对零度，但正是在这一点上，量子力学的可怕枪口从拐角处探出头来。量子力学的一个预言已经染上了不止一个物理学家的血液，那就是粒子的确切位置和动量永远无法完全确定地测量。这被称为海森堡的不确定性原理。

如果密闭的房间可以冷却到绝对零度，就会发生奇怪的事情（稍后会详细介绍）。气压将降至几乎为零，空气将散落在地板上的薄层中，因为气压通常不会屈服于重力。

但是，如果您可以测量单个分子，则可以看到有趣的东西。它们振动和旋转。量子不确定性适用。如果我们测量二氧化碳分子在绝对零度的旋转，我们发现氧原子以每小时几公里的速度围绕碳旋转。

对话结束。当我们谈论量子世界时，运动失去了意义。在这样的尺度上，粒子不是静止的，因为一切都是由不确定性决定的。你不能像测量静止的粒子一样测量它。

追求绝对零度与追求光速一样，也遇到了同样的问题。达到光速需要无限量的能量，达到绝对零度需要释放无限量的热量。如果有的话，这些过程都是不可能的。

尽管我们还没有达到绝对零度的实际状态，但我们非常接近它（然而，在这种情况下，“非常”是一个非常粗略的概念，就像在儿童计数押韵中一样：二，三，四，四和半，四个在一个线程上，四个在线程上，五个线程上）。地球上有记录的最低温度是1983年南极洲的-89.15摄氏度（184K）。

当然，如果你想像个孩子一样放松，你需要潜入宇宙的深处。整个宇宙充满了来自大爆炸的残余辐射。宇宙中最空旷的区域，2.73开尔文，略低于液氦的温度，液氦在一百年前能够到达地球。

然而，低温物理学家使用升华光束将这项技术提升到一个全新的水平。您可能会惊讶地发现，冷冻光束的形状像激光。但是如何做到呢？激光应该燃烧。

这是真的，但激光有一个特点：它可以用作最后通牒。它甚至可以被称为最后通牒。事实是，所有光都以相同的频率发射。普通的中性原子根本不与光相互作用，除非频率被精确调谐。当原子飞向光源时，光经历多普勒频移以更高的频率。原子吸收的光子能量比它们能吸收的要少。因此，如果激光被设置为低电平，快速移动的原子会吸收光并在随机方向上发射光子，从而损失平均少量的能量。这个过程可以重复，将气体冷却到小于一纳开尔文（十亿分之一度）的温度。

事情变得更加极端。最低温度的世界纪录是绝对零度以上不到十亿分之一度的十分之一。允许您实现这一目标的设备可以捕获磁场中的原子。温度“主要取决于原子核的自旋，而不是原子本身。

现在，为了公平地做到这一点，我们需要一点梦想。想象一下，一些东西冻结了十亿分之一度，你肯定会得到一个想法，即使是空气分子也会冻结在原地，通常在1.5摄氏度左右。我们甚至可以想象冻结原子旋转的破坏性世界末日装置。

最后，如果你真的想体验低温，你只需要等待。在大约170亿年后，宇宙辐射的背景温度将下降到1K，950亿年后，温度将下降到0.01 K左右。4000亿年后，深空将像地球上最冷的实验一样寒冷，之后甚至更冷。如果你想知道为什么宇宙冷却得这么快，你可以感谢我们的老朋友——熵和暗能量。宇宙处于加速模式，进入一个永恒的指数增长期。一切都很快冻结。

当然，这一切都很棒，打破记录也很棒。但有什么意义呢？好吧，有很多很好的理由来了解底部和赢家的温度。

例如，美国国家标准与技术研究院的善良人士只想度过凉爽的时光。例如，时间标准基于铯原子的频率。如果铯原子移动得太多，就会在测量中产生不确定性，并最终导致时钟失灵。

但更重要的是，特别是从科学的角度来看，这些材料在低温下表现出异常的行为。例如，就像激光由彼此同步的光子组成（具有相同的频率和相位）一样，它可以产生一种称为玻色 - 爱因斯坦凝聚物的材料。在其中，所有原子都处于相同的状态。或者，想象一个汞合金，其中每个原子都失去了它的个性，整个质量都反应为一个超零原子。

在非常低的温度下，许多材料会变成超流体。这意味着它们是绝对粘稠的，可以堆叠在非常薄的层中，甚至不会屈服于重力以最小化能量。此外，在低温下，许多材料成为超导材料。这意味着电阻被排除在外。为了响应外部磁场，超导体可以完全抵消金属内部的磁场。因此，低温和磁铁的组合可以用来产生一种悬浮。

让我们看看另一个极端。如果温度只是能量的量度，那么你可以想象原子越来越接近光速。这不能无限期地持续下去，不是吗？

答案很简单。不知道。有可能存在无限的温度，但如果有一个绝对的限制，那么早期的宇宙提供了非常有趣的线索，关于它可能是什么。曾经存在的最高温度（至少在我们的宇宙中）可能发生在所谓的“普朗克时间”。引力在大爆炸后10^-43秒与量子力学和物理学分离。当时的温度约为10^32 K，比太阳内部的温度高出70亿倍。

同样，我们不知道这是否是有记录以来的最高温度。在普朗克的时代，我们甚至没有一个大型的宇宙模型，所以我们甚至不能确定宇宙是否被带到了这样的状态。无论如何，我们更接近绝对零度比绝对热量近很多倍。