绝对零度

(1)在中学阶段，热力学温标与摄氏温标之间的换算取近似值T(K)=t(℃) 273。事实上，如果以水的冰点为标准，绝对零度应该比它低273.15℃，所以准确的换算关系应该是T(K)=t(℃) 273.15。(2)绝对零度是根据理想气体遵循的定律通过外推获得的。这样，当温度降低到-273.15℃时，气体的体积将减少到零。如果从分子运动理论的角度来看，理想气体分子的平均平移动能由温度t决定，那么绝对零度也可以说是“理想气体分子停止运动的温度”。以上两种说法只是一种理想的推理。事实上，当温度接近-273.15℃时，当气体已经变成液体或固体时，所有实际的气体都会表现出明显的量子特征。简而言之，气体分子的运动不再遵循经典物理的热力学统计定律。经过大量的实验和量子力学修正后的理论推导，分子的动能趋于一个接近绝对零度的固定值，这就是所谓的零能量。这表明在绝对零度时，分子的能量不是零，而是有一个非常小的值。原因是所有的粒子都处于最低的能量状态，也就是说，所有的粒子都处于基态。(3)由于水的三相点温度为0.01℃，绝对零度比水的三相点温度低273.16℃。绝对零度表示组成物质的所有分子和原子停止运动的温度。所谓的运动是指所有的空间、机械、分子和振动运动。它也包括一些形式的电子运动，但它不包括量子力学概念中的“零运动”。除非运动粒子的聚集系统被破坏，否则这种运动是无法停止的。从这个定义的性质来看，绝对零度在任何实验中都无法达到，但是科学家们已经在实验室里达到了从绝对零度仅百万分之一摄氏度的低温。所有这些发生在物质内部的分子和原子运动统称为“热运动”。这些运动肉眼是看不见的，但我们将会看到它们决定了大多数与温度相关的物质属性。正如直线只由两点连接一样，温度刻度由两个固定且可重复的温度定义。首先，在标准大气压(760毫米汞柱，或760托)下，摄氏度标度将冰的熔点设定为0℃，水的沸点设定为100℃，绝对温度标度将绝对零度设定为0K，冰的熔点设定为273K。这样，有三个固定点，导致温度不一致。因为科学家希望两个温标的度数相等，所以每当对三个点之间的相关性进行精确实验时，他们总是将其中一个点的值改变1%。现在，除了绝对零度，只有一个国际公认的固定点，那就是水的“三相点”。1948年它被确定为273.16度，即绝对零度以上273.16度。当蒸汽压等于一个大气压时，水的正常冰点略低，为273.15 K (= 0℃ = 32 F)，水的正常沸点为373.15 K (= 100℃ = 212 F)。国际重量委员会定期公布摄氏温标和其他次要温度测量参考点(所谓的国际实用温标)所代表的这些固定点的实际值，以及在实验室中准确获得这些值的测量方法。科学家在研究绝对零度时发现了一些奇妙的现象。例如，氦最初是一种气体(氦是自然界中最难液化的物质)，在-268.9℃时变成液体。当温度继续下降时，原来装在瓶子里的液体很容易从0.01毫米的缝隙溢出瓶子，然后出现喷泉现象，液体的粘度消失。

1848年，英国科学家威廉姆·汤姆森·开尔文勋爵(1824-1907)建立了一种新的温标，称为绝对温标，其测量单位称为开尔文(K)。这个刻度的刻度距离和摄氏刻度的一样。它的零度是可能的最低温度，相当于零下273摄氏度(确切数字是-273.15℃)，称为绝对零度。因此，只需将摄氏温度加273度即可计算出绝对温度。那时，人们认为温度永远不会接近0K，但是科学家已经非常接近这个极限了。物体的温度实际上是物体内部原子的运动。当我们感觉一个物体相对较热时，这意味着它的原子在快速移动；当我们感觉一个物体相对较冷时，这意味着它内部原子的速度相对较慢。我们的身体通过热或冷来感知这种运动，而物理学家通过绝对或开尔文标度来测量温度。根据这个温度等级，绝对零度(0K)相当于零下273.15摄氏度(-273.15℃)，被称为“绝对零度”，这是自然界中最低的温度。在绝对零度时，原子的运动完全停止，理论上，气体的体积应该为零。因此，人们将理解为什么温度不能降到这个尺度以下，为什么实际上不可能达到这个尺度，而只能接近它。自然界中最冷的地方不是冬天的南极，而是在星际空间的深处，那里的温度绝对是3度(3K)，也就是说，只比绝对零度高3度。这种“热”(因为事实上我们谈论的温度总是在绝对零度以上)是宇宙起源大爆炸以来一直存在的热量。事实上，这是证明大爆炸理论最重要和最有效的证据之一。人们可以在实验室做得更好，并且可以进一步接近绝对零度。自上个世纪以来，人们已经制造出可以到达3K的制冷系统。十多年前，实验室的最低温度是绝对零度以上1/4度。后来，在1995年，来自科罗拉多大学和美国国家标准研究所的两位物理学家埃里克·科内尔和卡尔·魏曼成功地使一些铷原子达到了令人难以置信的温度，即在绝对零度(2x10-8K)以上每十亿分之二十。他们使用激光束和“磁阱”系统来减缓原子的运动，由此我们可以看出热实际上是物质的原子运动。非常低的温度是无法达到的，但也要设法“停止”每个原子的运动，就像打台球一样，要停止一个球，就必须用另一个球打它。要理解这个真理，只要想想下面的事实。在室温下，气体的原子以每小时1600公里的速度运动，而在3K的温度下，它们以每小时1米的速度运动，而在20纳克(2 x 10-8 k)时，原子运动的速度太慢，无法测量。70年前，爱因斯坦和印度物理学家玻色(1894-1974)预言，物质的新状态也可以在20nK发现。事实上，在如此特殊的温度下，物质既不是液态，也不是固态，也不是气态，而是聚集成一个独特的“超级原子”，代表一个单一的实体。

当它处于绝对温度时，时间就会停止。这个问题对还是错？这仍有争议。肯定的是(时间会停止):宇宙中存在绝对零度。在宇宙的某些部分，当巨大的能量被黑洞吸收时，绝对零度产生。因为时间也是能量的一种形式，时间也在那一刻停止。宇宙中有绝对零度的地方，甚至是零度以下的地方。零下的温度是由反物质构成的。换句话说，我们的分子运动需要提供能量，而反物质运动吸收能量，所以绝对零度是可以实现的，但是我们没有找到它，我们也找不到它。就像有正和负的数字，正和负的电流，以及同性的男人和女人一样，你为什么说绝对零度以下没有负温度？科学家们没有否认绝对零度之前的时间和空间的可知性，即时间的起源。你凭什么断定零度以下的温度不存在？相反的一面认为(时间不会停止):从哲学的角度来看，物质的静止和运动是相对的。如果时间记录了物质的发展和变化，它记录了物质的运动状态，那么它能记录物质的静止状态吗？在绝对零度下，并非一切都停止了，只有物质的分子运动停止了。因此，总的来说，绝对零度以下的时间必须仍然移动。除非在这个世界上，时间不再存在。但是如果宇宙中所有的物质都是绝对零度，那么时间也应该停止！事实上，在绝对零度时，物体没有运动，也没有能量。此时，对象相对于非绝对零对象保持绝对静态。时间是一种能量(如上所述)，但更多时候它是一种形式，一个存在于我们感知范围内的单位，所以在绝对零度时，相对时间取决于你的认证方法。

绝对零度是不可能产生火焰的，至少肉眼看不到，因为火焰本身的温度关系，物质的燃烧必须达到一定的温度，否则就不会产生火焰现象。绝对零度是一个引入的数字，是人类无法达到的最低温度，甚至宇宙也没有这么低的温度。在绝对零度时，粒子的平均动能为零，也就是说，它们不运动，所以温度不能更低。绝对零度的瞬间到达是一个非常复杂的概念，涉及到相对论的概念。火焰是由物质的剧烈燃烧产生的。当然，由于没有动能，粒子不会剧烈运动，或者粒子处于绝对静止状态，也就是说，不会有燃烧。宇宙中最冷的地方——美国桑迪亚国家实验室——是一个尚未解决的寒冷地带的负责人。它说宇宙中最冷的地方，我们仍然必须回到地球。新墨西哥实验室和哥伦比亚大学的物理学家在《科学》杂志上发表论文，描述他们如何阻止分子在实验室中运动，并精确地相互碰撞。根据物理学原理，我们知道如果我们想要分子停止运动，我们需要非常低的温度。在实验中，物理学家设法将温度提高到-272.59摄氏度，这是宇宙中已知的最低温度。[

在绝对零度时，任何能量都应该消失。但是即使在绝对零度，仍然有一种能量，那就是真空零点能量。真空零点能量是以绝对零度时粒子的振动来命名的。这是量子真空中包含的巨大背景能量。海森堡的测不准原理指出，不可能同时高精度地知道粒子的位置和动量。因此，当温度降至绝对零度时，粒子仍会振动。否则，如果粒子完全停止，它的动量和位置可以同时精确测量，这是违反测不准原理的。这个粒子在绝对零度(零振动)时振动所拥有的能量是零能量。量子真空是一种没有任何物理粒子的物质状态，它的总场能量是最低的，这是所有物质运动和能量场的初始状态，它的温度自然是绝对零度。这种状态有可能无限期地改变。零点能量是由虚拟粒子和反粒子在量子真空中不断出现和湮灭而产生的。据估计，量子真空中包含的能量密度为每立方厘米10-13焦耳，这足以在一瞬间使地球海洋中的水全部干涸！理论上，真空能量以粒子的形式出现，并在小范围内连续形成和消失。真空中充满了几乎所有波长的粒子，但卡西米尔认为，如果两个薄的不带电荷的金属板紧紧地压在一起，较长的波长将被排除在外。然后，金属板外的其他波会产生一个力，将它们聚集在一起。金属板越靠近，两者之间的吸引力就越强。1996年，物理学家首次测量了这种所谓的卡西米尔效应。这是真空零点存在的确凿证据。事实上，理论上可以达到绝对零度和绝对高温。人类正在不遗余力地做相关的实验，探索隐藏在科学深处的奥秘。最新的最低温度达到了(2003年9月12日16:37)由德国、美国、奥地利和其他国家的科学家组成的国际科学研究小组最近改写了人类创造的最低温度记录:他们在实验室里达到的温度仅比绝对零度高0.5纳开尔文，而之前的记录是比绝对零度高3纳开尔文。这是人类历史上首次达到绝对零度以上1纳米以内的极低温度。开尔文是热力学度日，缩写为“开”。一个开口等于一摄氏度，一个纳米开口等于十亿分之一开尔文。零度，或绝对零度，是温度的极限，相当于零下273.15摄氏度。在这个温度下，分子将停止运动。该研究小组在最新一期的美国科学杂志上发表了一篇论文，介绍他们在利用磁阱技术实现铯原子的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的过程中创造了这一记录。参与这项研究的科学家大卫·普里查德说，将气体冷却到接近绝对零度对精确测量非常重要，他们的实验结果将有助于制造更精确的原子钟和更精确的重力测定等。玻色-爱因斯坦凝聚是一种特殊的物质状态，其中大量原子的行为就像单个粒子。这里的“凝结”不同于日常生活中的凝结。这意味着不同状态的原子突然“浓缩”成同一状态。为了实现物质的这种状态，一方面，它需要达到极低的温度；另一方面，它也要求原子系统处于气态。中国物理学家朱棣文与另外两位科学家分享了1997年诺贝尔物理学奖，他们发明了激光冷却和磁阱冷却技术。科学家们说，他们希望通过使用新达到的最低温度来发现一些物质的新现象，例如在这种低温下同一物体表面上的原子状态和定义运动通道区域时的运动状态。德国科学家沃尔夫冈·凯特尔因发现“碱金属稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚”这一新的物质状态而获得2001年诺贝尔物理学奖。他说，首次达到绝对零度以上1纳米以内的温度是人类历史上的一个里程碑。