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为什么绝对零度是温度的下限,随着认知的提升会不会更低?
浏览: 发布日期:2020-03-24

为什么绝对零度是温度的下限,随着认知的提升会不会更低?

想必你一定知道绝对零度是-273.15℃,那问题来了,为什么绝对零度会是这个数字?会不会随着我们认知的提升,绝对零度也发生改变?


其实,答案很显然,绝对零度并不会改变。那具体是咋回事呢?


今天,我们来聊一聊这个问题。


温度

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要搞清楚这个问题之前,我们要先弄明白一个问题:温度是什么?或者说,为什么我们能够感受到温度的存在?这个问题的本质是在问:热到底是什么?


一开始确实困扰着科学家们,一开始有人认为“热”是一种物质,就好像空气一样附着在物体上,这也被称为热质说。但后来科学家发现这个解释行不通,尤其是我们发现:摩擦也可以生热


因此,基于“摩擦生热”的现象,科学家就在思考:热会不会是一种运动?


这也引来了一群科学家进行研究,并且他们提出了“热现象”的微观解释:物体分子热运动。因此,温度也就是物体分子热运动的剧烈程度。


那该如何去理解呢?我们知道,物体都是由微观粒子构成的,比如:水是由水分子构成。但这些微观粒子并不是整整齐齐,一个紧挨着一个地排列在一起。实际上,它们的状态更像是横七竖八地到处乱逛。


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我们感觉到一个物体温度高,实际上就是这些微观粒子,从整体上看运动得很剧烈,我们用分子的平均动能来衡量。也就是说,当温度越高时,分子的平均动能就越大,反之亦然


绝对零度是什么样的?

知道了温度到底是什么,其实也就很容易推出绝度零度。由于温度和分子的热运动有关,因此,绝对零度理所应当就是分子热运动最不剧烈所对应的温度,或者说分子几乎不动所对应的温度,通过这个推论,我们就知道,绝对零度应该对应的是-273.15℃。


当然,这里我们要补充一点,我们热力学定律大多都是18-19世纪提出来的,随着科学的发展,人类的认知也在提升。20世纪诞生了现代物理学的两大支柱。其中,量子力学是微观世界的主流理论。而在量子力学中有一条基石理论:不确定性原理。这是由科学家海森堡提出来的。


他认为,一个微观粒子的位置信息和动量信息是不可能同时被我们观测到的,如果你把位置信息测得很准,那动量信息就不准了;同样地,如果你把动量信息测得很准,位置信息也就不准了。


随着20世纪实验物理学的发展,不确定性原理已经被证明是非常坚实的理论了。因此,按照不确定性原理,绝对零度时,微观粒子不可能是静止的。


如果微观粒子是静止的,我们就可以同时知道微观粒子的位置信息和动量信息了,这违背了海森堡不确定原理。所以,微观粒子在最低能量状态时,也应该是在一定范围内振动。


从绝对零度的定义来看,未来无论科学如何发展,这个温度都不可能变。这是因为绝对零度所对应的是微观粒子的平均动能在量子力学的最低时的温度,不可能出现比最低还要低的情况。因此,不可能出现比绝对零度还要低的温度。


不仅如此,应该说,连绝对零度都是不可能达到的。为什么这么说呢?


绝对零度能达到么?

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这来自于热力学第三定律。这个定律是这么表述的:


理想状态下,所有纯物质的完美晶体趋近于绝对零度时,熵值为零。


或者说,绝对零度不可达到。


这个定律最早是由瓦尔特·能斯特总结而来的,是热力学四大定律之一。


其实要理解这个理论,我们可以来想象一下,如果你要让温度降低,你会如何做?


热的传递一般分为三种形式:热对流、热传导、热辐射


无论用什么样的办法,如果要让物体降温,我们就得利用更低温度的东西来给它降温。问题是绝对零度已经是最游戏 牛牛低温度了,我们如何拿一个比绝对零度的东西来给它降温呢?


当然,对于热力学第三定律,很多科学家是很愿意挑战的,他们用"绝热去磁”来降温,用这个办法实现了只比绝对零度高5*10^-10K,但始终没能达到0K。


总结

绝对零度是微观粒子的平均动能,在量子力学的最低点时所对应的温度。根据热力学第三定律,绝对零度是不可能达到,更不能存在比绝对零度还要低的温度。


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