絕對零度是-273℃,為什麼不是-300℃,誰制定了這個物理定律?

2020-12-17 上遊新聞

10-24 09:53:53 來源:星辰大海路上的種花家

這個話題就像光速為什麼不是300000米/秒一樣,其實我們也可以將光速折騰到這個數字的,我們只要修改度量衡中的1M長度為: 299792458/300000000即可,光速立馬就從299792458米升格為整30萬米/秒,同理,我們將攝氏溫標重新定義,那麼絕對零度立馬就從-273℃變成-300℃,當然大家肯定不服氣,這不是耍流氓嘛,沒關係,咱簡單來了解下溫度我們認識溫度的歷史。

溫度的歷史,分子運動論的來歷

早在1593年,伽利略的就發明了第一個溫度計,當然那很原始,不過已經知道了利用介質的熱脹冷縮來表示溫度。

1665年,義大利天文學家惠更斯提出用水的冰點和沸點作為溫度的參考點(但當時還不知道氣壓和沸點的關係)

1742年,瑞典天文學家安德斯·攝爾修斯將一個大氣壓下的冰水混合物規定為0℃,同時將一個大氣壓下的水的沸點定為100℃,並且在兩者之間均分為100個刻度。此方式在1743年被修訂成現行的攝氏溫標。

安德斯·攝爾修斯

1799年,倫福德伯爵通過摩擦生熱的觀察提出了熱是一種運動的結論。

早在1738年,丹尼爾·伯努利發表著作《流體力學》中提出了氣體分子運動論,1820年英國一位鐵道雜誌的編輯赫拉派斯獨立提出了伯努利曾經提出過的氣體分子運動論,並且認為壓強是氣體粒子碰撞的結果,而且明確的提出了氣體的溫度取決於分子運動的速度。

1824年,卡諾出版了《關於火的動力思考》,在書中卡諾提出了理想熱機理論,奠定了熱力學的理論基礎。

1827年,英國植物學家羅伯特·布朗利用一般的顯微鏡觀察懸浮於水中的花粉時,發現了分裂出的花粉微粒的不規則運動,後人將之稱為布朗運動。

布朗運動

1848年,焦耳在赫拉派斯工作的基礎上,測量了很多氣體的分子速度。在焦耳的推動下,分子運動論開始被科學界重視。

1848年,威廉·湯姆森(第一代開爾文勳爵)在《關於一種絕對溫標》中提出了需要一種「絕對的冷」(絕對零度)作為零點的溫標,使用攝氏溫標計量,威廉·湯姆森利用空氣溫度計測算出絕對零度為273 °C。

一代開爾文勳爵:威廉·湯姆森

1859年,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋用概率論證明了平衡態下,理想氣體分子的速度分布是有規律的,這個規律稱為麥克斯韋速度分布律,並給出了它的分布函數表達式。

1905年,愛因斯坦除了發表著名狹義相對論以外,還發表了《關於熱的分子運動論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運動》,闡述了布朗運動的微粒,它的擴散將會以一個特定的速率(稱為均方位移)移動,而這速度取決於單位摩爾流體中的原子或分子的數量。

1954年,第10屆國際計量大會(CGPM)的第3號決議標定了熱力學溫標的現代定義,以水的三相點為其第二定義點,並規定將其溫度修訂為273.15K。

上文是溫度的本質-分子熱運動的流水帳,從這個過程中,我們了解了攝氏溫標的由來,以及絕對零度的概念,還有分子運動論的起源,當然另一層含義是絕對零度是測算出來的。

如何達到絕對零度?

前文我們了解了溫度是由微觀粒子運動引起的。那麼何為溫度高低呢?微觀粒子運動運動越劇烈表示溫度越高,相反則溫度越低,那麼問題來了,我們是不是能製造一個不運動的微觀粒子呢?當然目的是製造最低溫度?

當然理論上是可以的,但事實上卻無法達到,因為沒有一種手段可以讓微觀粒子的運動完全停止。現代能製造最低溫度的設備是NASA的冷原子云實驗室(CAL),一個類似冰箱大小的設備,於2018年5月21日被送到了國際空間站,在微重力的條件下展開雷射製冷的實驗。

雷射製冷:利用雷射的都卜勒製冷方式,每次以頻移欺騙原子,受激發的原子跌落基態會釋放吸收的能量,這個釋放能量大於吸收能量,每次操作都會讓原子失去能量,從而達到製冷的目的。

但即使如此,雷射製冷仍然只能達到-273.1499999999 ℃,但距離絕對零度仍然有一步之遙!

總結

我們了解了溫度的歷史與接近絕對零度的一種方式,為什麼絕對零度是-273.15℃這是由一個大氣壓下冰水混合所定義的0℃的時候所決定的,以此時的0℃為標準,我們通過此時的微觀粒子運動劇烈程度計算出運動靜止時的溫度是-273.15℃,如果要重新定義絕對零度為-300℃,這完全沒有問題,畢竟微觀粒子停止運動時的標定是不會變的,取什麼名字,那是國際計量委員會的問題。

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相關焦點

  • 為什麼絕對零度是-273.15℃?這個數字有什麼特別的?
    在發現絕對零度之前,這一直是一個方便的溫標。在這之後,對科學家來說有了更方便的溫標,就是將絕對零度定義為0開氏度,並以升高1攝氏度的標準定義1開氏度的增量。那麼這個數字有什麼特別的呢?在新的溫標下,水在273.15開氏度時結冰。
  • 溫度的絕對零度是-273.15攝氏度,為什麼高溫無限高呢?
    溫度這個概念的對於我們來說並不陌生,水的沸點是100℃,人的正常體溫是36.5℃,冰點是0℃,最低溫度的極點是-273.15℃也就是我們所說的絕對零度。可對於溫度的最高上限我們卻不得而知,科學的研究讓我們認知到溫度的上限是無窮大的,溫度可以無限制的升高,可能量守恆定律又告訴我們一切的能量都是在相互之間轉換而不能再生的。那麼既然宇宙的能量總和是有限的,為什麼轉換成熱能後體現出來的溫度卻是無限高呢?想要了解溫度首先我們要知道溫度的概念。
  • 絕對零度如何確定為零下273.15攝氏度?
    簡單來說,通過理論和實驗,可以得到絕對零度約為零下273.15攝氏度。至於這個結果是怎麼得到的,先來簡單了解一下為什麼會有絕對零度的概念。粒子的熱運動會讓物體產生溫度,所以溫度在本質上其實是用於度量粒子的熱運動劇烈程度。
  • 為什麼不能達到絕對零度?
    圖為絕對零度反推原理即對於理想情況下的氣體,壓力恆定時一定量氣體體積V 與溫度T成正比(查理定律),人們根據這個定律進一步發現了溫度可能存在一個下限,並將其計算了出來–273.15攝氏度。而對於絕對零度,一直到1906年化學家物理學家能斯特 ,他所提出的能斯特定律(即現在被總結出來的熱力學第三定律),其主要說明不可能通過有限的循環過程,使物體的溫度達到至絕對零度。
  • 為什麼絕對零度無法達到?
    可以無限接近,但達不到絕對零度。這是熱力學第三定律的體現。熱力學第三定律(the third law of thermodynamics)是對熵的論述,一般當封閉系統達到穩定平衡時,熵應該為最大值,在任何自發過程中,熵總是增加,在絕熱可逆過程中,熵增等於零。
  • 零下273攝氏度的絕對零度能凍住光麼
    就比如我們所了解到溫度中的一些概念,其中我們所謂的絕對零度大多數人認為是在一種狀態之下的零度,但是其實完全不是。絕對零度如果用我們日常所接觸到的攝氏度的話,也就是零下273攝氏度。我們人類所能夠接觸的最低溫度,也不過是零下六七十攝氏度,而在絕對零度的狀態之下,所有的熱運動都會停止。而且眾所周知,人類在冬天的時候,身體中的新陳代謝會減慢,就是與溫度有關。
  • 絕對零度:最低溫度的極限:宇宙中永遠達不到的溫度:-273.15℃
    那麼,T1=0這個值,如果用我們攝氏度的概念來描述,它該是多少度呢?今天我們知道,是零下273.15℃,這也就是被稱之為絕對零度。那麼我們不禁要問,既然我們這個數字是怎麼得到的呢?它又是怎麼被發現的呢?
  • 絕對零度是-273.15℃,為啥沒有最高溫度定義呢?
    高中的物理課本裡存在一個概念:絕對零度,就是-273.15℃。絕對零度是人類公認的最低溫度,據說絕對零度是無法出現在宇宙中的。世間存在的東西總是相對的,既然有人定義了絕對零度,那是不是也該存在絕對高溫?事實上,截至目前為止,還沒有人提出過絕對高溫或者是最高溫的概念。
  • 為什麼宇宙最低溫度是-273度左右?為什麼不是-300度?
    其實宇宙中的最低溫度被我們叫做絕對零度,這個絕對零度的數值是:-273.15℃。可能你要問了,為什麼不是零下300度,或者其他的一些數值,非得是精確的-273.15℃?熱力學這裡就涉及到熱和溫度的概念了。
  • 絕對零度和"熱寂"
    絕對零度0K約等於攝氏溫標零下273.15攝氏度,也就是0開氏度,在此溫度下,物體分子沒有動能和勢能,動勢能為0,故此時物體內能為0。物質的溫度取決於其內原子、分子等粒子的平均動能。因此物體的溫度實際上就是原子在物體內部的運動。達到絕對零度一切事物都將達到運動的最低形式。因為任何空間必然存有能量和熱量,也不斷進行相互轉換而不消失。所以絕對零度是不存在的,除非該空間自始即無任何能量熱量。
  • -273.15℃的絕對零度,到底可怕在哪?時間與空間都被凍結
    從此以後,138億年的宇宙演化,就再也沒有出現過如此高的溫度了,後來科學家們將這個溫度命名為了「普朗克溫度」。雖然高溫從某種程度上來說沒有上限,但是宇宙中的低溫卻是有一個明確的下限的。這個下限是0K,也就是-273.15攝氏度,也就是我們常說的「絕對零度」。那麼這個絕對零度究竟是個什麼概念呢?
  • 絕對零度-273.15℃有多可怕?光都能被凍結
    「零度」是指攝氏溫標規定的0度,在零度之外有零上和零下之分,而還有一種只有零上沒有零下的零度,它就是開氏微溫標規定的0度,絕對零度。那麼為什麼絕對零度沒有零下呢?要了解絕對零度,首先需要明白溫度是什麼?溫度的本質是物體分子運動的劇烈程度。物質內原子、分子等粒子的動能,決定了該物質的溫度,物質的溫度與粒子的動能成正相關,即粒子的動能越高,其溫度越高。
  • 為什麼高溫無限而低溫最低是-273.15℃?
    我們對溫度的理解也只是熱和冷這兩個概念,但事實上溫度確實表示物體冷熱程度的一個物理量。關於溫度的極限這是一個有趣的問題,要想了解這個問題,就需要來認識一下溫度的實質。在我們學習物理的時候,課本裡描述溫度是這樣的「溫度是表示物體冷熱程度的物理量,微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。」
  • 絕對零度到底有多恐怖? 能凍住光麼? (零下273℃的威力)
    絕對零度是熱能學上的最低溫度,在現實中不存在,低至零下273.15度,關於能不能凍住光,有人說因為在絕對零度下,一切物質都會停止熱運動,
  • 絕對零度為零下273.15℃,如果這個溫度極限被打破會發生什麼?
    對於這個問題我們首先來強調一下主觀思想,絕對零度被認為是溫度的最低下限,這是在目前理論框架下得出的結論,並非是因為技術上達不到而實現不了,這完全是兩個概念。經常聽見有人說,未來某一天技術發達了實現了超光速,就可以進行星際旅行了,這是相同的概念。
  • 絕對零度這個溫度極限有可能被打破嗎?聽完科學家的解釋恍然大悟
    這個時候,物體的溫度也會達到一個極限值,我們稱之為絕對零度,即零下273.15攝氏度。當然,這個絕對零度只是一個理論極限值,根據量子力學理論體系,粒子的運動不可能完全靜止下來,所以絕對零度只能無限接近而無法到達。現代物理體系對溫度的最低極限設定了一個絕對零度,那麼這個溫度是否就無法打破呢?
  • 人類能創造上億度的高溫,卻無法突破絕對零度,為何會這樣?
    關於最低溫度的定義數值為—273.15攝氏度,即最低溫度的極限,也被稱為絕對零度,因此-273.15℃就是熱力學當中的絕對零度。絕對零度的發現。在16世紀末,法國物理學家阿蒙頓發現,在水的沸點以下,溫度與氣體的壓力成正比。他認為壓強的下降是有極限的,因此溫度也是有下限的,通過計算他認為溫度的下限是—246℃。
  • 所謂絕對零度,就是絕對無法達到的溫度,因為它會讓時間失去意義
    對於普通人而言,零度就是寒冷,因為這是標準大氣壓下冰水混合物的溫度,如果溫度再低一點,水就會完全結成堅硬的冰。 不過零度並不是世界上最低的溫度,世界上最低的溫度被稱為絕對零度,也就是零下273.15攝氏度。絕對零度的提出是理論推導和實驗證明的結果,而在宇宙之中並沒有達到絕對零度的物質存在。
  • 絕對零度為何正好是-273.15度,後面的小數點有何意義?
    而當我們觸碰一個有溫度的物質時,在熱傳導效應的影響下,我們可以感知到這個物體的冷熱,而其實決定一個物體冷熱的關鍵,與物體內部分子運動的劇烈程度有關。當物體內部的分子運動程度越劇烈,該物體的物體就越高,反之,這個物體的溫度就越低,而按照這一原理,世界上不存在絕對靜止的分子,或者運動速度沒有上限的分子。
  • 絕對零度到底有多冷,能凍住光嗎?-273°使時間和空間都失去意義
    我們總是關注這個世界可能會被自然災害滅亡,可是卻忽視了溫度的存在,溫度的極端變化會使得一切空間變得沒有任何意義。那麼在浩瀚的宇宙中,最低的溫度是多少呢?世界上最低的溫度其實也沒有我們想像的那麼低,至少與最高溫度比起來相差甚遠(雖然最高溫度還沒有定義)。最低溫度被稱為絕對零度,是熱能學上的最低溫度,低至零下273.15°。