絕對零度與量子力學

2021-01-15 閒人付哥

先了解一個問題,真空的溫度是多少?答案是真空沒有溫度,溫度是就是構成事物的微觀粒子運動速度快慢的平均值。

比方說一把凳子放在那裡,看著歲月靜好,但是其實組成它的這些分子在微觀尺度上做著劇烈的運動,運動越激烈,溫度就越高。所以溫度是衡量微觀粒子做微觀運動激烈程度的平均值。所以真空沒有溫度是因為真空裡沒有任何粒子,哪裡來的溫度呢?這就好比一間屋子裡的幾個人的平均身高是多少一樣,屋子裡根本就沒有人,哪裡來的身高問題。絕對零度就是當所有的粒子都不動了,激烈程度為0,那為什麼絕對零度達不到呢?因為調皮啊,它根本就停不下來,德國科學家海森堡在量子力學中提出的測不準原理說過,不能同時確定粒子的速度和位置,要粒子停下來,他的速度就是0,位置也不會在變了,這樣速度和位置就能確定了,但那就違背了測不準原理,所以根據量子力學,絕對0度是達不到的,因為粒子根本停不下來。

我們平時有人會提出這樣的問題,比攝氏0度冷一百倍是多少度?有人會說是零下100度唄,錯,正確答案是零下270.4185度,為什麼呢,因為溫度就是一微粒子的平均值,也就是說比較的是粒子的動能,粒子動能正比於開爾文溫度,0攝氏度等於273.15開爾文,冷一百倍就是2.7315開爾文,而2.7315開爾文等於零下270.4185度,開爾文0度就是絕對零度。

還有一種溫度計量單位叫華氏度,只有美國及其四個小不點國家在用,所以一些美國大片上會提到華氏度。

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    碰撞實驗為詳細了解單個粒子水平上的分子相互作用提供了新方法,分子和材料研究所的理論和實驗物理學家在《科學》期刊上這項新研究,全面描述了溫度接近絕對零度(-273.15℃)的分子碰撞,揭示了支配分子碰撞內部運作的量子力學基本定律。
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    絕對零度真的無法超越嗎?關於絕對零度幾個有趣的事實!絕對零度是熱力學的最低溫度,這是根據理想氣體狀態方程推導出來的,也可以說是理想氣體分子停止運動時的溫度,這個時候理想氣體的體積將減少到0,分子和原子的運動已不再遵從經典物理的物理學統計規律。
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    最近,中國科學院大連化學物理研究所的楊學明院士和南方科技大學的楊天罡教授,在接近絕對零度時原子和分子碰撞中的量子共振研究方面,取得了重要成果,他們的研究發表在今天的《科學》雜誌上。在接近絕對零度時,原子和分子及其碰撞會表現出奇異的物質狀態。
  • 科學網—評述趨近絕對零度量子共振
    中國科學家《科學》發文:
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    當溫度逼近絕對零度時,我們甚至發現,那裡隱隱藏著改變世界的力量!今天就向大家介紹一下這些科學研究的基礎——創造低溫環境的低溫技術。曾經有人(開爾文勳爵,就是上文中溫度單位K所致敬的科學家)預言,宇宙終有一日會變成一片死寂,沒有光,沒有任何運動,因為那時整個宇宙的溫度將降至絕對零度——一個能將所有的運動凍結的溫度。當然,後來的量子力學告訴我們,漲落是永恆的,即便是絕對零度,仍然會存在量子漲落,粒子仍然會動,光仍然會產生、湮滅。
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    物理學告訴我們,理論上最低的溫度是絕對零度,約為-273.15攝氏度,這是無法達到的低溫極限。
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    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。
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    絕對零度有多可怕?當人體接觸到絕對零度這樣的低溫後,活下來的可能性又有多大?對很多人而言,絕對零度這個名詞大家或許並不陌生,一些影視劇裡主人公的絕招或許就叫做絕對零度。那大家平常所理解的絕對零度,與物理學上所定義的絕對零度有什麼區別呢?絕對零度和零攝氏度有有何不同呢?絕對零度似乎象徵著冷的「極致」,但是冷的極致又是怎樣定義的呢?
  • 絕對零度達不到,但人類創造的最逼近絕對零度的溫度是多少?
    不僅如此,科學家還發現了所謂的絕對零度,它位於零下273.15攝氏度。但是,物理定律告訴我們,絕對零度是無法達到的,我們只能無限接近它。那麼問題就來了,我們是如何發現絕對零度的?人類能達到的最低溫度是多少度?
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  • 絕對零度能把時間凍結嗎?
    如果沒有,你一定要知道最低溫度,絕對零度,這個絕對零度可不是我們日常生活中的零攝氏度,而是零下273.15攝氏度,這個溫度是宇宙間的絕對零度。那麼絕對零度有多恐怖呢?人類能夠感承受的最低溫度是零下60到70攝氏度,一旦低於這個溫度,人類存活下來的可能性幾乎為零。如果人類被瞬間凍到絕對零度,器官細胞等結構可能在短時間內還能存活,但不一會兒人類的器官組織就會被凍裂,甚至可能被凍到爆炸。
  • 德國科學家造出低於絕對零度的量子氣體
    《自然》雜誌網站1月3日的報導據《自然》雜誌網站1月3日報導,德國物理學家用鉀原子首次造出一種低於絕對零度的量子氣體科學家稱這一成果為「實驗的絕技」,為將來造出負溫度物質、新型量子設備打開了大門,有助於揭開宇宙中的許多奧密。18世紀中期,開爾文男爵威廉·湯姆森定義了絕對溫度,在此規定下沒有物質的溫度能低於絕對零度。氣體的絕對溫度與它所包含粒子的平均能量有關,溫度越高,平均能量越高,而絕對零度是氣體的所有粒子能量都為零的狀態,這是一種理想的理論狀態。
  • 接近絕對零度時,熱力學漲落幾乎消失了,而量子漲落被觀察到!
    同樣,磁性材料在臨界溫度下變得非磁性,然而也有不依賴於溫度的相變,它們發生在絕對零度(-273.15攝氏度)附近,並與量子漲落有關。一項研究涉及極端條件下的實驗,特別是超低溫和強磁場,並伴隨著對實驗結果的理論解釋,探索了這種類型的情況,並研究了在極不尋常的轉變中表現出量子臨界點。
  • 3分鐘就懂 物理學家進一步逼近絕對零度
    據國外媒體報導,絕對零度被認為是 宇宙 中最低的溫度,而且以人類目前的科技水平還遠無法實現,但科學家能夠將溫度降低到非常接近絕對零度的程度。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。0開爾文為絕對零度,一旦達到這個溫度,所有原子的振動都會停止。
  • 絕對零度:百年追求永無止境
    在我們認識能力的不斷增長的某個節骨眼上,可能是在上學那會兒,我們還會碰到一個遠離日常經驗的溫度:絕對零度。  絕對零度是涼爽的極致,一個理想的、無法達到的、完美的凍結狀態。雖然如此,自從19世紀中葉這個概念首次出現以來,很多人終其一生都在追求向它再邁進一步。這個看上去似乎頗為堂吉訶德式(崇高,但徒勞)的目標,實際上卻意義非凡。
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