人造最低溫度誕生!只比絕對零度高38萬億分之一度,能凍住光嗎?

网瘾少女 2021/12/27 檢舉 我要評論

大多數人都不喜歡冬天,就是因為冬天的氣溫很低,還要取暖禦寒,實際上絕大多數生命物種都不喜歡冬天,因為溫度越低,生命的活性就越低,所以在地球的南北極,生命物種的數量就很少,特別是在寒冷的南極地區,那裡堪稱生命的禁區。

溫度這個概念從巨觀上來講它是衡量物體冷熱狀態的指標,從微觀層面來看則是衡量分子運動激烈程度的指標。低溫不只會讓生命物種降低活性,其實它會讓所有事物都降低活躍性,溫度越低物質的活躍度越低,比如水,地球環境一個大氣壓下100℃以上會變成水蒸氣,其分子很活躍,100℃以下會成為液態水,分子活躍性次之,而0℃以下水就會凝固結晶成冰,分子活躍性再次降低,基本不再具有流動性。

有很多常態下的氣體,在較低的溫度下也會變成液體,比如氮氣會在-196℃時變成液態,-210℃時變成固態;氧氣會在-183℃時變成液態,-219℃時變成固態,氦氣最耐寒、只有到-268.8℃時才會變成液態,-272.2℃時會變成固態(需要25個大氣壓時)。

↑傾倒液氮時的情景而如果到了273.15℃,那麼所有的物質都將失去活性,因為這個溫度是絕對零度!分子的運動已不再遵循經典物理的熱力學統計規律,科學家通過大量實驗以及經過量子力學修正後的理論匯出,在接近絕對零度的地方,分子的動能將趨于一個固定極值,觀察的話其動能幾乎看不到,這個極值常被叫做「零點能量」,它也是粒子能量可能有的最低的「基態」。

天文物理學家認為整個宇宙之中都不存在這個溫度,因為理論上絕對零度的低溫就連光都能凍住,時間應該也會停止,甚至有人一認為其一旦出現的話,可能意味著宇宙的終結,雖然目前宇宙的平均溫度僅-270.4245℃,只比絕對零度高了2.73℃,但這個溫度已足夠讓宇宙保持活力。

如今人類所能製造的最高的溫度已經可達10萬億℃,這一溫度可以在歐洲強子對撞機進行強子對撞時創造出來,它能用來模擬宇宙大爆炸之初的溫度,那麼人類所能製造的最低的溫度又有多低呢?

據來自世界物理學頂級學術週刊《物理評論快報》雜誌9月上旬的一篇文章來看,有三所德國大學的研究人員聯合在實驗室中創造了有記錄以來最冷的溫度,這個數值都很難寫出來,因為只比絕對零度高出了38萬億分之一攝氏度。

只比絕對零度高出了38萬億分之一攝氏度,這個溫度雖然已經極低,甚至很有可能是我們宇宙中的最低溫度,但還並非絕對零度,物質的粒子仍然很難進入絕對零度之下的基態,應該還無法凍住光。

不少科學家認為絕對零度只能逼近,永遠都無法達到,因為基本粒子不可能不運動,如果絕對靜止的話,那麼粒子很可能會消失,因為物質和能量其實是一體的,絕對零度能讓能量為0,那麼物質也會成為0,所以無論在任何空間中,絕對零度都不可能出現。

能將溫度降低到距離絕對零度只有38萬億分之一的幅度上,這是一個很驚人的實驗成果,體現了人類在超低溫追求之路上的又一個重要成就。1933年時,曾有科學家將最低溫度降到了-272.88℃,或者說只有0.27開爾文溫度(熱力學溫度,可以看成從絕對零度開始計數的攝氏度),1957年時,又有科學家創造出了0.00002開爾文的超低溫紀錄,這個溫度為-273.14998℃,已經非常逼近絕對零度了,但後來又有科學家利用原子核的絕熱去磁法獲得了更低的溫度,只比絕對零度多了3000萬分之一攝氏度,但今天這一紀錄又被打破,溫度之低縮小到了只比絕對零度高了1/38萬億攝氏度,說起來真是匪夷所思。

那麼研究者們是如何創造了這一極端的低溫呢?簡單來說就是通過減慢粒子運動的速度來降低系統的溫度。現在的技術已經可以在幾秒鐘內讓粒子完全靜止不動,通過將玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)的激發與磁透鏡結合,造就了一個時域物質波透鏡系統,通過將焦點置于無窮遠處,就能將BEC的總內部動能降低到38皮開爾文,不過研究者還表示目前還沒有到達以這種方式追求超低溫的極點,理論上講最多可以降低到17皮開爾文。

如此之低的溫度又是如何被測量出來的呢?實際上這樣的溫度目前還沒有任何辦法能去準確測量,該溫度是理論推論出來的,參考系主要是物質的粒子運動量。



搶先看最新趣聞請贊下面專頁

用戶評論
你可能會喜歡