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绝对零度是多少度(带你了解绝对零度有多恐怖)(图文)

发布时间:2020-11-23 17:36:49 作者:编辑 栏目:推荐 阅读量:()

人类创造的最高温度

在欧洲的的瑞士日内瓦近郊,坐落着一座大型粒子加速器,江湖人称LHC。LHC的周长达到了27公里,每当投入工作时,周围居民楼的电灯泡都会暗不少。

绝对零度究竟是多少度,是怎么算出来的?

那什么是大型粒子加速器呢?

它其实是深埋于地下的一个大型试验装置,但其中有专门的隧道。这个隧道当中铺设了专门用来给粒子加速的加速管道。一般来说,科学家会把粒子加速到接近光速,然后让粒子迎头撞上。

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那为什么要这么做呢?

这其实是在验证一些微观世界的物理学理论。微观世界由于尺度实在太小,经过100多年来的研究,科学家发现利用纯粹的“对撞”来进行实验,并分析对撞之后的产物是最有效的办法。而如今关于微观世界的理论是粒子物理学标准模型。那什么是粒子物理学标准模型呢?

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上世纪,科学家就用这种对撞的方式发现了许多以前从来没见过的粒子,如何把这些粒子安排明白就是一个很难的问题。后来,在一群科学家的努力之下,他们通过量子力学和相对论的结合,得到了一个理论框架,并把这些粒子都安排到了这个理论当中。

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而在这套理论当中,科学家预言了一个希格斯玻色子的存在,它的作用是赋予粒子质量它是整个理论的最后一块拼图。科学家一直想要找到它,这就需要很好的实验设备。一开始科学家跑到美国去说服美国人来修建这个设备,结果美国人觉得这个成本太高,于是就给拒绝了。

后来,科学家们跑到欧洲想要说服欧洲修建这个设备。当时他们包装了一个概念,把这个希格斯玻色子叫做:上帝粒子。果然这一招很好使,真的就说服了欧洲修建,也就是LHC。

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LHC在寻找希格斯玻色子的实验中,就在局部制造了能量相当于10万亿度的黑体辐射。这也是人类制造的最高的温度

宇宙的最高温度

10万亿度虽然很高的了,但它其实不是宇宙中的最高温度。这个温度大概是宇宙大爆炸后万分之一秒的时候的温度。那我们这里为什么要提到宇宙大爆炸呢?

这是因为,宇宙的最高温度就诞生于宇宙大爆炸的起点。我们知道,按照目前科学界的主流理论,宇宙起源于138亿年前的一次大爆炸

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在物理学中,任何变化其实都有最小的单位。也就是说,这个世界的变化并不是连续的,而是颗粒状的,只是这个颗粒度实在太小,以至于我们认为世界的变化是连续的。在众多的变化中,时间的流逝就是其中之一。时间变化的最小单位被我们称为普朗克时间,大概是5.39*10^(-44)秒。

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由于如今物理学理论的限制,我们无法知道宇宙大爆炸后5.39*10^(-44)秒(普朗克时间)内到底发什么。我们只知道,通过理论可以推导出宇宙大爆炸后5.39*10^(-44)秒时,宇宙的温度是1.41*10^32度,也就是1.41亿亿亿亿度。这是我们已知的宇宙最高温度。

后来,随着宇宙空间的膨胀,宇宙的温度逐渐下降,到了万分之一秒时,温度是10万亿度,而到了如今,温度只剩下2.73K,只比绝对零度高2.73度,是以宇宙背景辐射的形式存在的。

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所以,人类制造宇宙最高温度还远的很,甚至我们可以说,人类根本不可能做到这一点。既然最高温度达不到,那有没有可能达到绝对零度呢?

人类为什么无法达到绝对零度?

热力学第三定律告诉我们,绝对零度是达不到的。那为什么会这样呢?

我们都知道,绝对零度是零下273.15度。为什么会是这么奇葩的一个数字?

这要从物质的构成说起。万物都是由粒子构成的,而粒子其实不是整整齐齐地排列的,而是不停地乱动。

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科学家发现,从微观的角度来看,构成物质的粒子整体运动得越剧烈,温度就越高。整体运动得越不剧烈,温度就越低。

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于是,科学家就用粒子的平均动能来定义温度。通过这个定义,我们不难想到,最低的温度,那一定就是粒子的平均动能最小的状态。所以,我们只要通过理论计算就可以得到绝对零度是零下273.15度。当然这个定义其实是基于0度是水结冰,而100度是水沸腾的条件之上。我们当然,也可以直接把绝对零度定义为0度。那为什么绝对零度是达不到呢?

其实我们试想一下,根据温度的定义,我们就可以知道,粒子的平均动能越低,温度就越低,可是绝对零度对应的已经是粒子平均动能最低的情况,也就是说粒子的平均动能没办法再降低了,因此,温度也就不能再降低了。

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当然,科学家是不信邪的,即便是物理学定律,他们也会尝试去打破。在地球上有许多超低温实验都在挑战绝对零度。但即便到了现在,科学家只能无限接近绝对零度,却依然无法到达绝对零度,更不要说低于绝对零度了。

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关键字: 绝对零度

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