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【科普】-273.15為絕對零度,為何是這麼個有零有整的數?自有原因
2023/01/22

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絕對零度即為宇宙中的理論最低溫度,任何物體的溫度只能無限接近于絕對零度,但絕不可能達到或低于絕對零度。

絕對零度為-273.15攝氏度,既然絕對零度就是宇宙中的最低溫,而且它又叫「絕對零度」,為什麼卻是這麼個有零有整的數呢?這一切都要從18世紀說起。所謂溫度,就是指物體的冷熱程度,本質上它是一種物理量,既然是一種物理量,那就必須要有一個標準,于是一種被稱為「攝氏度」的溫度計量單位應運而生了。攝氏度中的「攝」氏是誰呢?就是瑞典物理學家攝爾修斯。

水一旦煮沸,溫度便不會繼續提升,于是攝爾修斯就將標準大氣壓下沸水的溫度定位為0攝氏度。

有了高溫標準,還需要一個低溫標準,于是攝爾修斯又將標準大氣壓下水剛結冰時的溫度定義為了100攝氏度。

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有了高溫標準,又有了低溫標準,現在只需要在它們之間劃出100個等分,每個等分就代表1攝氏度,這就是攝氏度的誕生。不過攝爾修斯所制定的標準讓人感覺有些別扭,0度代表的是高溫,100度反而代表的是低溫。

攝爾修斯之所以這樣搞,是因為他覺得比冰水更冷的東西有很多,而比沸水更熱的東西比較少,這樣弄可以盡量減少負數在溫度中的出現。

但後來人們覺得這實在是太別扭了,而且隨著科學的進步,人們發現的高溫物質也越來越多,所以就將攝爾修斯所制定的標準給掉了個個兒,于是0攝氏度就代表了標準大氣壓下冰水混合物的溫度,而100攝氏度則代表了標準大氣壓下沸水的溫度。那麼有了溫度的計量標準之后,又是如何據此推出絕對零度的呢?這就涉及到熱脹冷縮的問題了。

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物體的體積會隨著溫度出現變化,空氣自然也不例外。

于是人們開始思考,空氣體積的變化與溫度變化之間是否存在著一個固定的關聯呢?1787年,法國物理學家查爾斯通過大量的實驗,最終確定了氣體的體積變化與溫度變化之間確實存在著一個固定的關聯,這個固定的值就是0℃時氣體體積的273分之一,也就是說在壓強不變的前提下,溫度每升高一度,氣體的體積就會增加0℃時的273分之一。

現在終于有了一個接近絕對零度的數字了,但還差了0.15,這是為什麼呢?因為查爾斯算錯了。

算錯了并不是查爾斯的問題,因為在他所處的時代,測量技術還相對落后,很難做到十分精確,而后隨著測量技術的進步,人們最終將這個數據修正為了273.15分之一。

也就是在壓強一定的情況下,溫度每升高一度,氣體的體積就會增大0℃時的273.15分之一。溫度升高時體積會增大,那溫度降低時呢?體積自然也會相應地縮小。在壓強一定的情況下,溫度每降低一度,體積就會縮小0℃時的273.15分之一,由此可見,當溫度下降到-273.15攝氏度的時候,氣體的體積就會降為0。

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氣體的體積怎麼可能為零呢?

當然不可能,所以溫度也不可能下降到-273.15攝氏度,這就是絕對零度的由來,表面上看起來,它是一個很隨便的數,有零有整,可實際上這個數字卻蘊含著宇宙的規律。後來,隨著人們對于物質本質的認知逐漸加深,人們意識到了溫度的本質就是物質的運動,運動速度越快,溫度就越高,運動速度越慢,溫度就越低,而絕對零度就代表了絕對靜止。宇宙間不存在絕對靜止的物質,即便是一塊冰冷的時候,其微觀結構也時刻處于緩慢的運動之中。既然不存在絕對靜止,自然也就不存在絕對零度。

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