零下273.15℃是個什麼概念?你對溫度和熱的理解可能存在偏差

俄羅斯的奧依米亞康的極端最低氣溫達零下71攝氏度，被氣候學家稱為世界「寒極」。按這樣來說，零下273.15℃好像也沒有特別冷吧，但其實在整個宇宙來說，沒有物質的溫度能低於零下273.15℃，因為它也被稱為絕對零度。

科學家發現的宇宙最冷之地——「回力棒星雲」，那裡的溫度為零下272攝氏度比絕對零度(零下273.15℃)高將近1度。這個「熱度」（因為實際上我們談到的溫度總是在絕對零度之上）是作為宇宙起源的大爆炸留存至今的熱度。

絕對零度可以說是一個理想的、無法達到的、完美的凍結狀態，很多人對於溫度和熱的理解都缺少一個概念，溫度的本質是一種態函數，用來描述物體內部原子熱運動劇烈程度。說白了就是物質內部粒子的平均動能。而在物理學中，是沒有「冷」這個概念的，「熱」是指由於溫度差別而轉移的能量。零下50℃也是「熱」，因為粒子還處於運動之中，

在我們生活的三維空間裡面，粒子是不可能有負的速度的，速度＞＝0，至少我們認知的三維空間不可能，然後量子力學的不確定性原理認為，越精確地知道位置，則越不精確地知道動量，反之亦然。所以把等號也給抹了。那麼從定義上，溫度就存在一個達不到的最小值，當然了，粒子移動速度也有一個上限，光速c。所以其實溫度也是有上限的，被稱為普朗克溫度，這個數字就是1.4億億億億℃。

早在人類的觀察還停留在宏觀世界的時候，化學之父波義耳就觀察到硝石（硝酸鉀）溶解於水而吸收大量熱量，認為地球內部可能存在一種最低溫度，他把這叫做「原始冷」。

後來，紀堯姆·阿蒙東注意到，當從沸點冷卻到冰點時，密封容器中的氣壓會下降「大約1/4」。由此外推的話，他推斷，如果繼續冷卻，氣體的壓力也許最終會在某個溫度之下完全消失——按照今天的標記，這個溫度大約在-300℃。再後來，隨著對理想氣體壓力和溫度測量精度的日益提高，人們發現這個推測不算離譜。1834年，克拉珀龍提出了理想氣體狀態方程，根據理想方程的推導，今天的絕對零度被定義為開爾文溫標下的溫度零點（也就是0開爾文），大約相當於-273.15℃。

一旦達到這個溫度，微觀量子接近於靜止，所有原子的振動都會停止，分子也就沒有辦法熱運動，物質已經基本喪失了基本相態，量子力學不確定性原理將被打破，這個時候時間和空間都會失去意義，也就不存在什麼宇宙了。

從絕對零度被提出那一刻，科學家就想達到絕對零度，目前來自麻省理工學院的科學家雷射冷卻鉀鈉氣體分子達到了500納開爾文，相當於一攝氏度的5000億分之一（(比絕對零度僅高百萬分之幾攝氏度)。而想要繼續往下探索就非常困難了，所有物質的導熱率都隨著溫度下降而急劇降低，這意味著，想要從某處將熱量向外傳導需要更長時間。同時物質的比熱，也就是變化單位溫度所吸收或釋放的熱量，隨溫度降低而變得極其微小。

這也意味著任何微小的行為都相當於再給物體加熱，假設一隻蝴蝶從10釐米高處飄落下來，停在一塊1釐米見方、溫度為0.001K（-273.149 攝氏度）的銅塊上，撞擊的能量就足以讓這個銅塊的溫度上升100倍。

在追尋絕對零度的旅程中，科學家發現了許多的科學原理與物理現象，比如昂內斯教授通過採用壓縮氮氣節流預冷氫、氫壓縮節流預冷氦，最終用壓縮節流的方法將氦液化，獲得了4.2K（-268.95 攝氏度）的低溫。成功將最後一種「永久氣體」——氦氣液化。

昂內斯就發現，在非常低的溫度下，某些金屬會變成超導體。冷卻到某一臨界溫度之下，這些金屬的電阻會陡然下降15個數量級，幾乎與0無異。

而當液氦進入2.17K（-270.98 攝氏度）時候，部分液氦就會進入超流態，一種可以完全無摩擦流動、完美導熱的狀態，如果將超流體放置於環狀的容器中,由於沒有摩擦力,它可以永無止盡地流動。當進入超流體之後，不管液氦中的哪個區域部分受熱開始要形成氣泡，附近的超流液氦就會將這些熱帶走，將氣泡消滅於無形之中。

而達到絕對零度會發生什麼，沒有科學家可以預料到。如果人類可以製造出絕對零度，那麼宇宙構建的物理秩序或將被打破，熱力學第三定律就很直白地宣告：絕對零度不可達到！