日常生活中,溫度有高有低,在我們看來(lái)這很正常。但是這并不意味著溫度可以無(wú)限高或者無(wú)限低。 很多人都知道,宇宙中存在極限低溫,絕對(duì)零度,零下273.15度,它也是理論上的最低溫,現(xiàn)實(shí)中無(wú)法達(dá)到這個(gè)溫度。為什么會(huì)這樣? 首先,我們需要明白溫度到底是什么。物理學(xué)上,溫度是這樣定義:衡量物體冷熱程度的物理量,不過(guò)這樣的定義顯然有些抽象,并沒(méi)有表達(dá)出溫度的本質(zhì)。 我們可以從微觀上理解溫度:微觀粒子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度,就可以表現(xiàn)出溫度。微觀粒子運(yùn)動(dòng)速度越快,越劇烈,宏觀物體的溫度就越高。 地球上的最高溫在地核,溫度能達(dá)到6000度。而太陽(yáng)系的最高溫位于太陽(yáng)核心,溫度高達(dá)1500萬(wàn)度。不過(guò),太陽(yáng)系的最高溫在宇宙中也是小兒科了,像中子星的溫度就可以達(dá)到上億度,無(wú)法想象的高。 不過(guò),高溫也是有上限的,因?yàn)樗俣仁怯猩舷薜?,那就是光速。?ài)因斯坦相對(duì)論表明,物體的極限速度就是光速,所以高溫并不能無(wú)限高。 結(jié)合光速,普朗克常數(shù)等因素,科學(xué)家們計(jì)算出宇宙中的最高溫是普朗克溫度,大約1.4億億億億度,這個(gè)溫度只出現(xiàn)過(guò)一次,就是在宇宙大爆炸瞬間。所以如果你能創(chuàng)造出普朗克溫度的環(huán)境,理論上就能創(chuàng)造出新的宇宙。 普朗克溫度是理論上的高溫極限,那么絕對(duì)零度為何是理論上的低溫極限呢? 剛才說(shuō)了,溫度與微觀粒子的速度快慢息息相關(guān),所以,單純從理論上講,如果微觀粒子處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),物體的溫度就是絕對(duì)零度。 但微觀粒子能處于絕對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)嗎? 從宏觀角度來(lái)講,理論上是可以靜止的。但量子力學(xué)的橫空出世,讓人類意識(shí)到微觀粒子是不可能絕對(duì)靜止的,因?yàn)榱孔恿W(xué)意味著不確定性,不確定性才是量子世界的核心。 何為不確定性? 通俗來(lái)講,我們無(wú)法確定微觀粒子的狀態(tài),只能用概率去描述,也就是所謂的“波函數(shù)”,微觀粒子表現(xiàn)得像波那樣。用數(shù)學(xué)公式來(lái)表述就是,微觀粒子的位置和速度具有不確定性,兩者不確定性的乘積必須不小于一個(gè)常數(shù),這個(gè)常數(shù)雖然很小,但比零要大。 如果微觀粒子是靜止的,也就是速度為零,意味著粒子的速度就是確定的,不確定性為零,這樣就違反了不確定性。 所以說(shuō),理論上的最低溫絕對(duì)零度永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到,只能盡可能接近。這個(gè)特點(diǎn)與光速的特性其實(shí)是樣的,宇宙的極限速度是光速,我們只能盡可能接近光速,而無(wú)法達(dá)到或者超過(guò)光速。 雖然科學(xué)家早就知道了無(wú)法突破絕對(duì)零度,但還是希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一點(diǎn),同時(shí)也希望在超低溫環(huán)境下有新的發(fā)現(xiàn)。 通過(guò)人類現(xiàn)代科技,科學(xué)家也確實(shí)創(chuàng)造出了無(wú)限接近絕對(duì)零度的溫度,只比絕對(duì)零度高了38萬(wàn)億分之一度! 但正所謂“差之毫厘失之千里”,這句話在這里再適合不過(guò)了。不要小看那看似微不足道的差異,其實(shí)那是人類永遠(yuǎn)無(wú)法突破的鴻溝,絕不是通過(guò)努力等手段能彌補(bǔ)那種差異的! 不過(guò),在超低溫環(huán)境下,科學(xué)家確實(shí)發(fā)現(xiàn)了很多有趣的現(xiàn)象,比如說(shuō)超導(dǎo)現(xiàn)象,超流現(xiàn)象等,這些現(xiàn)象早已應(yīng)用在很多領(lǐng)域,比如說(shuō)能量,電子,交通,醫(yī)療等領(lǐng)域,很大程度上推動(dòng)了人類科技的發(fā)展。 |
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