解读让人费解的绝对零度,它因何而存在?
科学充满了零。光的质量为零,中子电荷为零,一个数学点的长度是零。这些零可能是不熟悉的,但它们遵循一致的逻辑。一切都代表着某种东西的缺失:质量、电荷、距离。
然后是令人费解的绝对零度。
我们倾向于认为冷热是相对的东西。例如,一杯茶比炉子上的火冷,但比冰块热。绝对零度代表可能最冷的温度,它与这个模式相抵触。更奇怪的是,绝对零度在非科学家使用的温标上甚至都不是零:摄氏零下273.15度,或者华氏零下459.67度。
怎么会有最低温度呢?
解码绝对零度的关键是理解温度是什么。它只是衡量一个物质中的原子或分子运动的速度,或者更精确地说,是这些粒子的平均动能。
把它想象成一场原子躲避球的游戏。当球击中你时,你会感觉到它的能量。数以万亿计的躲闪球击中,在一个不可见的小尺度发生,是我们所感知的温度。
快速运动的原子猛烈撞击,我们觉得这是一种高温。当一个热的物体接触到一个冷的物体时,更快、更热的原子就会把它们的一些速度传递给更慢、更冷的原子。热的物体冷却,冷的物体会变暖。
现在绝对零度中的零度是有意义的:绝对零度是指物质中的粒子基本上静止的温度。没有办法减慢它们的速度,所以不会有更低的温度。
一切都会在绝对零度停止吗?不完全是。原子并不是完全静止的;它们因量子物理相关的影响而摆动。当然,不管多冷,每个原子的活动都会继续。电子继续运动,质子和中子也是如此。
谁发现了绝对零度?
纪尧姆·阿蒙顿(Guillaume Amonton)是一位法国发明家,他在童年时失去听力,从未上过大学。他在1702年提出了这一基本概念。他的实验表明空气压力与温度成正比,他推断有一个最低温度,在这个温度下压力将降到零。他甚至对那个温度做了一个估算,零下240度,非常接近实际值。
1848年,苏格兰-爱尔兰物理学家威廉·汤姆森(William Thomson),更广为人知的开尔文勋爵,扩展了阿蒙顿的研究,发展了他所谓的适用于所有物质的“绝对”温标。他把绝对零度设为0,去掉了那些笨重的负数。物理学家现在依靠开尔文(K)标度来测量温度。
回旋镖星云距离地球约5000光年,已知宇宙中最冷的地方之一
宇宙中最冷的地方在哪里?
大爆炸留下的能量温暖了整个宇宙,使它远远高于绝对零度。空间平均温度为2.74开尔文,或零下454.7华氏度。令人惊讶的是,一些天体比空的空间更冷。一团不断膨胀的气体云被称为“回旋镖星云”,它的行为就像一台星际冰柜。它的温度约为1 K,是宇宙中最冷的自然发生地点。
但人类在地球上的制造的变冷程度远低于此。2003年,麻省理工学院的研究人员使用激光束减缓了钠原子的速度,将其冷却到绝对零度以上的十亿分之一度。这仍然是世界纪录。
地球以外最冷的地方也是人造的。去年夏天,宇航员在国际空间站上启动了一个名为“冷原子实验室”的实验。这个实验室的温度比空旷的空间低3000万倍。美国宇航局喷气推进实验室的罗伯特汤普森(Robert Thompson),这项实验的研究人员之一:“我一直在研究这个想法,已经有20多年了。见证并运作起来感觉令人难以置信。”
当物质变冷时会发生什么?
超冷原子的行为方式既迷人又有潜在的用处。它们融合成一种奇异的物质状态,称为玻色-爱因斯坦凝聚体。汤普森说:“我们有人希望利用凝聚态来改善卫星导航等实际工作,而其他人则试图测试物理学的基本理论,或者模拟早期宇宙的物理。”
接近绝对零度,也有可能以其他条件下不可能的方式操纵化学反应。
去年春天,哈佛大学的化学家用两个缓慢移动的低温原子直接组装了一个分子,使其成为有史以来最小的化学实验。在这种情况下,量子物理的微妙效应变得显而易见。在这种超低温的温度下,我们实际上可以观察到原子和分子的波动性质。
接下来,科学家希望探索尚未发现的化学规律,并设计新的分子。绝对零度实验的其他可能应用包括精密传感器和时钟,甚至可能包括超级强大的量子计算机。
大家都在看
-
借助元宇宙,探索星辰大海的奥秘 借助元宇宙探索星辰大海的奥秘。仰望星空,每一颗星都是一个独特世界吗?它们如何诞生和演化?又将走向何方?宇宙中的暗物质和暗能量是什么?又如何影响宇宙的结构和演化?太空时间和地球时间是同一个概念吗?太空存 ... 宇宙探索11-07
-
“航空”助力“航天”,携手共进探索无尽宇宙 10月30日,神舟十九号载人飞船成功发射。此前的29日,据神舟十九号任务发布会介绍,由中国航空工业集团成都所自主研制的昊龙货运航天飞机“昊龙一号”入围空间站低成本货物运输系统总体方案,获得工程飞行验证阶段合 ... 宇宙探索11-06
-
太空探索的风险:宇宙辐射、极端温度、真空环境的威胁 我刚下班回到家,就迫不及待地坐到书房的电脑前,想要好好聊聊关于神舟十八号的那些事儿。咱国家的航天事业发展速度那简直像火箭一样快!这神舟十八号都成功返航了,厉害啦!可看到航天员被抬出返回舱,心里又揪了一 ... 宇宙探索11-06
-
神舟18号返回全程解析:从太空返地的每个关键步骤 2024年11月4日凌晨,神舟18号载人飞船成功返回了地球,三名航天员叶光富、李聪、李广苏安全着陆在东风着陆场。这一壮丽的航天壮举,不仅代表着中国航天技术的又一次飞跃,更是一次充满挑战与惊险的太空之旅。整个返 ... 宇宙探索11-05
-
宇宙探索与生命奥秘:从银河中心到茶杯 银河系中心是最混乱的区域。詹姆斯·韦伯太空望远镜以其前所未有的红外视角,在这一拥挤动荡的区域中发现了新的特征。这张图像展示的恒星形成区域被称为人马座C,距离银河系中心超大质量黑洞人马座A仅三百光年。照片 ... 宇宙探索11-05
-
揭秘太空里发现五具浮尸是谁? 在浩瀚的太空当中曾经发现过五具浮尸他们分别是苏联的三名宇航员格奥尔基多博罗奥夫斯基、帕克拖帕托查耶夫和弗拉季斯拉夫沃尔科夫,美国的科学家尤金舒梅克和冥王星之父克莱德威廉汤博。 苏联的联盟11号飞船在1971 ... 宇宙探索11-04
-
PandaX暗物质实验首席科学家刘江来:我们对宇宙知之甚少,探索永无止境 【环球网科技综合报道】11月4日上午,第十二届腾讯科学WE大会在成都科幻馆成功举办。本次大会汇聚了五位世界顶级科学家,他们分别是国家最高科学技术奖获得者、中国科学院院士、南方科技大学校长、清华大学教授薛其 ... 宇宙探索11-04
-
我国空间站大揭秘:宇宙探索的“中国力量” 文|乐天科技编辑|乐天科技先别急,我是今晚的导游,大家可以叫我小石头。现在就让我们仔细看看这个壮丽的工程。走进这座空间站的背后故事,它全程由我们自己独立建造,从发射到组装,再到调试,每一步都由我们独立完 ... 宇宙探索11-04
-
你有没有想过,宇宙中竟然存在着个直径达到 2.5 亿光年的超级空洞 你有没有想过,宇宙中竟然存在着一个直径达到 2.5 亿光年的超级空洞——牧夫座空洞?这巨大的虚空,难道真如一些人猜测的那样,是两个文明战争的痕迹?别急,先点个赞,现在跟你说说!!首先,我们来看看牧夫座空洞 ... 宇宙探索11-03
-
人工智能与宇宙探索,如何相互推动发展? 当我们仰望星空,对宇宙的无尽奥秘充满好奇与渴望时,人工智能正逐渐成为我们探索宇宙的强大助力,而宇宙探索的需求也在反过来推动着人工智能的发展,二者相互交融,共同开启了人类认知的新纪元。人工智能为宇宙探索 ... 宇宙探索11-03
相关文章
- 揭秘太空里发现五具浮尸是谁?
- 中国太空计划的终极目标是什么?宇宙的构造:无尽探索与阶段规划
- PandaX暗物质实验首席科学家刘江来:我们对宇宙知之甚少,探索永无止境
- 我国空间站大揭秘:宇宙探索的“中国力量”
- 【光明时评】在探索宇宙中赓续创新基因
- 神舟十八号的辉煌之旅:太空探索的中国力量,对未知宇宙的好奇
- 在探索宇宙中赓续创新基因
- 你有没有想过,宇宙中竟然存在着个直径达到 2.5 亿光年的超级空洞
- 人工智能与宇宙探索,如何相互推动发展?
- 宇宙怎么运作?探索宇宙的奥秘与规律
- 宇宙探索和天文学 的新发现
- 奥陌陌是外星飞船?天文学家:发射探测器,22年后就能追上它
- “天关”发现60强暂现天体,震撼宇宙直播!
- 中微子:宇宙神秘粒子的探索之旅
- 年轻科研者的崛起!他们在太空探索中重塑未来!真像令你震惊!
- 中国地面空间站横空出世,宇宙探索再添新利器
- 全世界都在尝试去地底捕捉中微子,探索宇宙终极秘密:思维的传递
- 宇宙是全息投影?若真如此,它是否为被创造?
- AI助力高科技:揭开宇宙探索的新秘密
- 中微子:宇宙神秘使者的探索之旅
热门阅读
-
离太阳最近的十大恒星排名,宇宙最大十大星球 04-12
-
中国十大元帅之死,多高寿而善终(林彪叛逃而死) 07-11
-
全球人口减少可能带来的六大教训和好处 07-18
-
预言2030年太阳将休眠,恐怖的千年极寒将来临 07-11
-
因果报应真实事例,做尽坏事必遭天谴 07-11