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温度可以低到无下限吗?

科普小知识2022-10-22 19:32:43
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为了回答自然界是否有低温下限的问题,我们需要了解一些热力学知识。在热力学中,有能斯特定律,它可以简单地表示为没有达到绝对零度。这里提到的绝对零度不是摄氏度,它们之间有一个转换,就是温度可以低到无下限吗?。所以根据能斯特定律,也可以说在自然界中,它不能达到-273.15℃,当然,甚至比它不能达到的温度还要低。这是事实吗?让我们先看看世界上的物理学家是如何获得低温的。目前,获得低温的更为科学和主流的方法是绝热退磁、激光制冷和节流过程。

温度可以低到无下限吗?

节流过程发展相对较早,并在19世纪开始使用。历史上,氢和氦是通过节流过程液化的。节流过程可获得低至1K(-272.15℃)的温度。虽然可以获得1K的低温,但是节流过程仍然不能突破绝对零度的障碍。

20世纪80年代,物理学家德拜提出了一种绝热退磁方法。其物理原理是:在绝热条件下,顺磁性固体的温度随着磁场的减小而降低。绝热退磁可获得2nK (1nK=10-9K)的低温。毫无疑问,这个值非常接近绝对零,但仍然无法达到。

20世纪90年代,一种新的低温技术——激光制冷被开发出来。使用这种激光冷却方法也可以获得NK级低温。然而,自20世纪60年代世界上第一台红宝石激光器问世以来,激光冷却技术起步较晚,但发展前景非常广阔。获得较低的温度只是时间问题。

不管科学家们如何努力,绝对零度(-272.15℃)永远无法达到,只能保持在这个温度附近。有趣的是,在低温下有许多有趣的物理现象,如玻色子-爱因斯坦凝聚(玻色子在某个临界温度下开始凝聚)和超导体悬浮(超导体具有完全抗磁性,由此可以制造磁悬浮列车)等。