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绝对零度达不到,但人类创造的最逼近绝对零度的温度是多少?

众所周知,人类利用温度来表示物体的冷热程度。不仅如此,科学家还发现了所谓的绝对零度,它位于零下273.15摄氏度。但是,物理定律告诉我们,绝对零度是无法达到的,我们只能无限接近它。那么问题就来了,我们是如何发现绝对零度的?人类能达到的最低温度是多少度?

绝对零度的发现

在18世纪以前,人类对温度的感受只有冷热。但是,科学研究要想进行下去,首先要科学地量化温度。在18世纪末,瑞典物理学家把水的沸点定义为0度,把冰点定义为100度。这样的定义和现代刚好是相反的,但对于瑞典这个常年寒冷的地区来说却是非常好用,因为它省去了很多负数的处理。后来,别的科学家提出,物体越热温度应该越高才符合科学习惯,于是他们把水的冰点定义为0度,沸点定义为100度,这就是我们现在所用的摄氏度。

在17世纪末,物理学家发现气体遵循这样的一个规律:温度下降之后,压强也就跟着下降,并且压强下降的比例和温度是成正比的。对温度进行量化之后,科学家就能进行一系列的科学研究了。最终,在一百多年后,两位科学家提出了更为严格的气体定律:盖-吕萨克定律。

这个定律表示,一定质量的气体在压强不变的情况下,气体的体积会随着温度呈线性变化。也就是说,温度下降的时候,气体体积会缩小。更为极端的情况下,当体积缩小到零的时候,气体温度为多少呢?经过反演推算,物理学家得到了绝对零度:零下273.15摄氏度。

人类创造的最低温度

虽然物理学家发现了绝对零度的理论值,但同时他们也意识到这个数值是达不到的,因为我们不可能使气体的体积变为零。否则,气体的密度将变为无限大,最终形成一个黑洞。再者,当气体温度下降时,它有可能会变成液体,不再符合气体定律。

事实上,后来物理学家创造了分子动力学理论。通过这个理论我们知道,物体的温度实际上微观分子的平均动能。那么绝对零度就是分子平均动能为零的时候,也就是说这时候微观粒子处于一动不动的状态。但是,量子力学告诉我们,这个状态并不能存在。

海森堡测不准原理宣称,我们不能同时知道粒子的位置和动量。我们越是精准地了解一个量,对另一个量的测量就越不准确。如果粒子处于一动不动的状态,那么我们就能了解它的位置,同时也了解它的动量,这显然违背了物理规律。因此,通过海森堡测不准原理,我们也能推出绝对零度达不到的结论。

虽然达不到绝对零度,但是我们能达到海森堡测不准原理所允许的最低温度。2020年1月30日,一篇发表在《科学》杂志上的论 表示,它们将纳米粒子的温度降到了一千二百万分之一开尔 ,为量子力学允许的最低温度。

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