絕對零度下,分子運動強度最低,但仍然不會停止運動

2020-12-04 劉同學的科學戰記

到目前為止,氦的最大用途是保持低溫。我們在陸地上習慣的那種環境下,氦氣是不會結冰的,但如果你達到絕對零度時,液氦就會變成是一種珍貴的商品,氦氣燃料在零下450華氏度左右就會變成液體。

化學家有一種儀器,它可以根據物質成像的原理來確定分子的結構。這種機器就需要液氦。如果這一切對你來說還不夠重要,大型強子對撞機也需要氦來冷卻分子,讓分子處於幾乎的靜止狀態,從而有助於觀察實驗結果。

接近絕對零度時,一些液體會產生第二種被稱為超流體的流體狀態,因為它的粘度為零,或流動性無窮大。在1937年,人們便發現了氦,當氦接近絕對零度時,它會使超流體的溫度低於2.17 開爾文。超流體還具有無限的能量導電性,因此在超流體中不會發生溫度變化。將超流體置於運動的容器中,可以產生量子化的渦流。1924年,阿爾伯特·愛因斯坦和薩蒂恩德拉·納特·博斯預測到了「玻色-愛因斯坦凝聚」(BEC)現象,在BEC中,矩的作用不再是單個分子,而是坍縮成一個單一的量子態,這個量子態可以用一個單一的、均勻的波函數來表示。

當超高發光的粒子云被冷卻到接近絕對零度時,這些雲便被稱為玻色-愛因斯坦凝聚體(BEC),其中包含的粒子凍結性非常強,它們的變化極其緩慢。在世界的靜止下,這些粒子在自由發展的BEC中也不能保持足夠的慢下來,以至於物理學家們只能以幾分之一秒的速度跟蹤它們,所以科學家們很難得到這些分子的觀察結果。

NASA官員在研究報告上表示,物理學家在接近絕對零度時發現所有分子的運動都停止了。而純粹的絕對零度有可能達到麼?

開爾文溫度測量法,是在溫度不存在無限零度下的溫度測量法。絕對零度,是分子生命極限的溫度,它表示攝氏溫度測量的溫度為273.15°,這個開氏溫標和攝氏溫標的大小是一樣的。因此,在這兩個攝氏參考溫度下,即水的凝固點(0°C)和水的沸點(100°C),分別對應於開爾文溫標下的273.15°K和373.15K。

另一種純粹的溫度測量方法,是藍金溫標,也被一些技術人員採用。絕對零點強度、振動,分子即使在絕對零度下也會保持一定的溫度,這種現象在醫學領域已經採取測量方法來測量分子的隨機運動。當溫度降低到絕對零度時,所有物質運動都會停止,分子也可能會停下來休息。然而,事實上,分子在絕對零度下的運動從未消失。

當溫度接近絕對零度時,分子或者粒子的動能接近有限的量,這個有限的量很小,但是並不是0,因此還保留一定的動能。在絕對零度在,人們認為任何運動都會停止。仍然一些分子強度仍然會存在,不過這些分子強度處在最低的峰值,但並不是靜止的死寂。

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    但我想告訴你的是,液氮的溫度並不是世界上最低的溫度,在宇宙中有一種溫度叫作絕對零度,絕對零度約等於零下273.15度,在絕對零度下物體內部的分子結構將處於完全靜止的狀態,物體的動能和勢能也都為零。但是,絕對零度只是理論上的,物體的溫度只能無限接近而無法達到絕對零度!
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  • 無限逼近絕對零度時,分子還會動嗎?
    important}把一塊石頭放在桌面上保持靜止,此時石頭雖然沒有做機械運動,可組成石頭的分子、離子、原子等都在做無規則的運動。分子的這種無規則運動叫做分子的熱運動,熱運動的劇烈程度與溫度有關,溫度越高分子的熱運動就越劇烈。
  • 無限逼近絕對零度時,分子還會動嗎?
    把一塊石頭放在桌面上保持靜止,此時石頭雖然沒有做機械運動,可組成石頭的分子、離子、原子等都在做無規則的運動。分子的這種無規則運動叫做分子的熱運動,熱運動的劇烈程度與溫度有關,溫度越高分子的熱運動就越劇烈。比如將一塊金和一塊鉛緊密地壓在一起,在常溫下放置五年兩者會相互滲透1毫米。
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    溫度的本質是一種分子運動劇烈程度的表現,物質表面分子越活躍,它的溫度就越高。我們將水結冰的溫度定為零度,但是其實在零度底下還有更低的溫度,其中就有一個絕對零度的概念。 絕對零度是什麼? 絕對零度是熱力學上的最低溫度,是一種理論上的最低的溫度。
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    為什麼說絕對零度是物體的最低溫度呢?如果物體有最低溫度,那麼有沒有最高的溫度呢?首先說一下絕對零度是多少呢?就是攝氏零下273.15°,如果用國際溫度標準開爾文的話,那麼絕對零度就是0開爾文了。溫度除了表達冷熱程度,還可以理解為大量粒子隨機運動劇烈程度的平均描述。當我們用手觸摸一個物體的時候,這個物體表面的微粒正在劇烈地運動,我們皮膚上也有原子和分子。當兩個一觸碰,振動劇烈的一方會帶動振動不那麼劇烈的一方,這種刺激就會被神經傳給大腦,經過大腦的加工,就會產生溫度的感覺了。
  • 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。
  • 突破絕對零度 下限遠不止-273.15攝氏度
    目前科學家通過努力,突破了絕對零度。什麼是絕對零度呢?就是說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、分子等粒子的動能。在絕對零度的下,微觀粒子都停止了運動。
  • 在絕對零度下,光會被凍住嗎?
    絕對零度就是死亡,不是一個人一個生命的死亡,是宇宙分子和原子熱運動的停止,一切物質都停止了運動,當然也包括了光。所謂絕對零度把光凍成一條棍還是一條波紋,這只是人們在看得到的世界一種幻想,是對量子微觀世界和宇宙宏觀世界不了解的臆測。
  • 能達到絕對零度嗎?如果說比絕對零度還低,會是什麼情況?
    我們其實心裡都知道絕對零度只是人類的定義,根據熱力學,它被定義為最低的溫標極限,在那個狀態,熵達到了最小值,也就是體系的混亂程度達到了最小值,這個狀態是可以通過降溫的辦法不斷逼近,但無法達到絕對零度,因為它是個定義,我們定義它無法達到絕對零度,你說氣不氣?
  • 最冷的是絕對零度 最熱的呢?-絕對零度,冷熱,溫度,科普,普朗克...
    絕對零度是物體的最低溫度,那麼溫度是否有上限呢?如果有最高溫度是多少呢?溫度不但有下限,實際上,溫度也是有上限的,但這已經高到離譜,除了高能物理學家外一般沒有人會談論它。相比之下,太陽中心的溫度為1500萬K(1.5x10^7K);矽可在10億K(10^9K)的溫度下通過核聚變產生。簡而言之,普朗克溫度是極端之高。一些科學家相信我們或說至少是我們的宇宙已經經歷過了普朗克溫度,儘管這個瞬間你沒有趕上。這發生在宇宙大爆炸之後的10^(-43)秒,這是一個極短的時間,宇宙也就此誕生。
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    但是為什麼低溫在實驗中卻始終無法達到絕對零度?目前我們已知的最低溫度為-273.16℃,且從目前科學上來講,不會再存在比這個更低的溫度。也就是說,冷是有限度的,也就是我們所說的絕對零度。嚴格來說,絕對零度就是宇宙的最低溫度。在此溫度下,一切「死亡」歸零。