連光也能凍住,零下273.15度的絕對零度,究竟有多可怕?

地球自身并不會發光發熱

我們在地球上感受到的溫暖都來自于燃燒的太陽,其實放眼整個太陽系,地球已經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432攝氏度,晚上最低氣溫能達到零下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,為什麼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?

嚴寒可以凍結萬物,那麼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家安德斯發明,當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,當然在不同大氣壓下沸水的溫度也不一樣,所以也有一個標準大氣壓,后來人們為了使用方便,調轉了0和100度的定義。

在熱力學領域,開示溫標開爾文更加常用,即K,1k就等于1攝氏度, 0k即絕對零度:-273.15攝氏度。

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

根據不同物體分子運動強度大小, 就產生了溫度差以及熱傳導和熱交換現象,熱能在不同物體之間互相傳遞,同時也產生了能量。

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

科學家按照這個理論推斷, 計算出了最低溫度是-273.15攝氏度,在這個溫度下,分子達到了靜止的狀態,動能完全消失,系統內能量為0。

此時氣體將不存在體積,達到絕對真空的狀態,絕對真空已經沒有空間和物質了,顯然它不可能存在于地球上,那麼宇宙中的其他地方有絕對零度嗎?

通過研究發現,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,它的溫度已經達到了-270.45攝氏度,分子運動速度越慢,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,根據熱力學定律,絕對零度在我們的宇宙不可能達到。

那麼假如出現絕對零度,光也能被凍住嗎?

牛頓最早提出光應該是一種粒子,但惠更斯和牛頓討論后,又認為光或許是一種機械波,假如光是波動的,那麼這束光進入絕對零度的狀態時,被凍住的可能就是幾道波。

后來愛因斯坦綜合了兩種觀點,提出了光的波粒二象性,巧妙融合得出了這個結論: 光沿直線傳播,假如光呈粒子態,那麼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,首先在人類已知的知識中,絕對零度不可能達到,其次一旦光子進入了絕對零度區域, 這片區域就不再是真空的,絕對零度的狀態隨之也被打破了,實驗也就失去了它原本的意義。

在絕對零度的世界里,沒有物質沒有運動,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,除了初始的奇點,周圍什麼都不存在,包括時空。所以從某種意義上來說,絕對零度也意味著永恒。

奇點大爆炸幾乎提供了無限的熱量和能量

讓宇宙從除奇點外空無一物演化到如今波瀾壯闊的宇宙,首先出現的氫和氦演化出了后續的各種物質,所以研究宇宙巨觀的熱量變化,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。

這時整個宇宙進入最低能量狀態,無限接近絕對零度, 但永遠不可能達到絕對零度。


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