实际上低温不可能达到-273.15℃(绝对零度),而只能无限逼近。宇宙的高温也有上限值,根据量子力学计算,波长的最短空间长度为“普朗克长度”,这就能推算出自然界的最高温度是1.41×10^32k,而整个高温同样在宇宙中也不存在,它只有在宇宙诞生的大爆炸中才会产生如此高温。而目前科学家得到最低的温度世界记录是零下273.144℃,这已经相当接近“绝对零度”了。
2014年10月22日,意大利国家核物理研究院(INFN)宣布其所属格兰萨索粒子物理国家实验室的“低温地下罕见事件天文观测台”创造了一项新的世界纪录——将一块铜立方体几乎冷却到“绝对零度”。这个铜立方块重达400千克,被冷却到了6毫开,也就是零下273.144摄氏度。铜块被密封在一种“低温恒温器”中,它“在世界上所有此类设备中独一无二,不但在尺寸、极限温度、制冷动力方面其他设备无可比拟,其极低放射性环境更是绝无仅有。”
图、绝对零度 零下273.144摄氏度
“绝对零度”是19世纪中期由爱尔兰开尔文男爵威廉·汤姆森定义的热力学绝对温度,这是一种理想的理论值,代表气体所有粒子能量都为零的状态,物质的温度只能无限逼近但不能达到或低于绝对零度。
物质的温度取决于原子、分子等粒子的动能。热力学定律表示,绝对零度永远无法达到,只可无限逼近。因为任何空间必然存有能量和热量,也不断进行相互转换而不消失。所以绝对零度是不存在的,除非该空间自始即无任何能量热量。在此空间中,所有物质完全没有粒子振动,其总体积并且为零。
按照麦克斯韦─玻尔兹曼分布,只要分子的内能、动能和势能都为0,才能达到绝对零度。但这是不可能的,因为分子中有质子和中子在运动,此外,原子核外的电子也不可能静止不动,所以分子的动能不可能为0。分子的动能、势能、内能都有一个最高极限。分子由原子构成,原子能量有极限值,原子内部能量达到某一个阈值,它就会以质能方程的形式释放,原子没有了,分子同样消失了。没有分子运动,温度也不存在了。
在现实世界中,要制造接近绝对零度的低温环境,主要技术是镭射冷却和蒸发冷却。华裔物理学家朱棣文曾因发明了激光冷却和磁阱技术制冷法与另两位科学家分享了1997年的诺贝尔物理学奖。
所以,绝对零度在理论上是存在的,但是现实中无法实现。虽然冷有极限,热好像没有尽头。开尔文引入了开氏温度,这个温度中的最小值就是绝对零度。温度也并非没有上限,只是这个数字太大,实际上也测量不出来。太阳中心的问题约为2000万摄氏度,美国的巨型粒子对撞机最高能造出4万亿高温,但这相比极限高温还差得远。
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