奥伊米亚康是位于西伯利亚雅库茨克以东800公里的一个小镇。它是世界上最寒冷的人类永久居住地之一,它冬天最低气温可达-71℃。天王星是太阳系中最寒冷的行星,它的温度达到了惊人的-224℃。和它比起来,奥伊米亚康真是“小寒”见“大寒”。

宇宙有绝对零度的地方吗(微科普绝对零度有多可怕)(1)

世界上最寒冷的人类永久居住度——奥伊米亚康

宇宙有绝对零度的地方吗(微科普绝对零度有多可怕)(2)

太阳系中最寒冷的行星——天王星

温度能不能无限制地低下去呢?有没有一个最低温度呢?

要弄明白这个问题,我们就要从物体为什么会有温度说起了。我们知道,温度是表示物体冷热程度的物理量。微观上,物体的温度取决于其内部分子永不停息的无规则热运动。分子热运动越剧烈,物体温度就越高;反之,温度越低。也就是说,当物体的温度较高时,意味着它内部分子的热运动相对剧烈;当物体温度较低时,则意味着其内部分子的热运动没那么剧烈。由于物体内部分子的热运动永不停息,因此物体总有一定的温度。

那么,如果物体内部粒子的热运动体能够完全停止下来,此时物体的温度是多少呢? 19世纪中期,威廉·汤姆孙定义了一种理想情况,他把物体内部分子的热运动完全停止下来时物体的温度称为绝对零度。物体达到绝对零度后,内部分子的热运动将完全停止。

1802年,盖·吕萨克提出了著名的盖·吕萨克定律。根据这个定律可知在温度接近-273.15℃时,气体的体积接近0。-273.15℃即为绝对零度。然而,由于气体的体积不可能为0,因此绝对零度永远无法达到,只能无限接近。

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盖吕萨克定律

绝对零度的应用领域

绝对零度在天文学研究尤其是对宇宙早期成因的分析中发挥着巨大的作用。位于半人马座距地球5000光年的布莫让星云的温度为-272℃,仅比绝对零度(-273.15℃)高1.15℃。布莫让星云的温度被认为是宇宙起源大爆炸留存至今的温度,是证明大爆炸理论最有力的证据之一。

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布莫让星云——宇宙中已知最冷的地方

绝对零度在生活中也有着很强的实用价值。1911年,荷兰莱顿大学的H·卡末林·昂内斯在做实验时意外发现汞在-268.98℃时,电阻会突然消失。后来他发现许多金属和合金温度在接近绝对零度时都具有这种特性,昂内斯称之为超导态。超导态的发现为减少输送电过程中电能的热损耗提供了新思路,科学家们现在正在研究使用温度更高的超导态导体。昂内斯也因他的这一神奇发现获得了1913年诺贝尔物理学奖。

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假设温度达到了零下273.15℃,会发生什么呢?

通常任何温度高于绝对零度的物体都会不断地向外辐射电磁波。若是物体的温度达到了绝对零度,由于整个体系中的粒子处于最低能量状态,那这些粒子将不会辐射电磁波或者光子,通俗点来说就是连光子也被冻结了。

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如果整个宇宙的温度达到了绝对零度,那么世界将变得一片漆黑。现在整个宇宙的平均温度仅-270.42℃,接近绝对零度。如果你到达外太空,并且远离太阳,你会发现整个宇宙都是漆黑一片,只剩星光。随着宇宙的加速膨胀,未来宇宙的温度只会离绝对零度越来越近,整个宇宙空间也将会变得更加黑暗。

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真到了这一步,一切都会陷于冷寂,整个时空中的万物只会存在极其微弱的运动变化,那时时间和空间也就没有了存在的意义,万物将会归于虚无。

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