连光也能冻住,零下273.15度的绝对零度,究竟有多可怕?
地球自身并不会发光发热
我们在地球上感受到的温暖都来自于燃烧的太阳,其实放眼整个太阳系,地球已经是温度最适宜的星球了,比如离太阳最近的水星,在白天受太阳直射时的温度可达432摄氏度,晚上最低气温能达到零下172摄氏度。
宇宙中存在许多极端的温度,尤其是在灼热的恒星上,最高温度可达上亿摄氏度,而在距离地球5000光年的旋镖星云上,那里的温度达到了零下272摄氏度,非常接近绝对零度,绝对零度是宇宙中最低的温度,即-273.15摄氏度。
宇宙中的最高温度还没有上限,为什么最低温度只有零下二百多摄氏度?
是否存在比它更低的温度呢?
严寒可以冻结万物,那么绝对零度可以冻住光甚至是时间吗?
摄氏度的概念由瑞典天文学家安德斯发明,当时他把冰水混合物的温度定位100摄氏度,再把沸水温度定义为0摄氏度,当然在不同大气压下沸水的温度也不一样,所以也有一个标准大气压,后来人们为了使用方便,调转了0和100度的定义。
在热力学领域,开示温标开尔文更加常用,即K,1k就等于1摄氏度,0k即绝对零度:-273.15摄氏度。
从十九世纪开始,科学家就在研究绝对零度,人们首先对“热”提出了一种概念:热是运动的,后来伦福德提出了热运动说,他认为分子热运动的剧烈程度就代表着温度,分子热运动越强,物体温度就越高,反之温度就越低。
根据不同物体分子运动强度大小,就产生了温度差以及热传导和热交换现象,热能在不同物体之间互相传递,同时也产生了能量。
分子可以剧烈的运动,以至于温度可以达到上亿摄氏度,但分子能否完全静止下来,从而达到最低的温度呢?
科学家按照这个理论推断,计算出了最低温度是-273.15摄氏度,在这个温度下,分子达到了静止的状态,动能完全消失,系统内能量为0。
此时气体将不存在体积,达到绝对真空的状态,绝对真空已经没有空间和物质了,显然它不可能存在于地球上,那么宇宙中的其他地方有绝对零度吗?
通过研究发现,宇宙中的确有许多温度极低的星球,比如我们熟知的天王星和海王星,但他们的温度离绝对零度还有很大距离。
科学家又把目光投向宇宙大爆炸的余热:宇宙微波背景辐射,它的温度已经达到了-270.45摄氏度,分子运动速度越慢,再往下降低就越困难。
目前已知宇宙中最低的温度为-272摄氏度,位于距离地球5000光年外的一个原行星云,根据热力学定律,绝对零度在我们的宇宙不可能达到。
那么假如出现绝对零度,光也能被冻住吗?
牛顿最早提出光应该是一种粒子,但惠更斯和牛顿讨论后,又认为光或许是一种机械波,假如光是波动的,那么这束光进入绝对零度的状态时,被冻住的可能就是几道波。
后来爱因斯坦综合了两种观点,提出了光的波粒二象性,巧妙融合得出了这个结论:光沿直线传播,假如光呈粒子态,那么它可能就变成了一根笔直的棍子。
不过这一切只是理论上的状态,首先在人类已知的知识中,绝对零度不可能达到,其次一旦光子进入了绝对零度区域,这片区域就不再是真空的,绝对零度的状态随之也被打破了,实验也就失去了它原本的意义。
在绝对零度的世界里,没有物质没有运动,自然就没有空间和时间,在138.2亿年的宇宙大爆炸之前,基本就处于绝对零度的状态,除了初始的奇点,周围什么都不存在,包括时空。所以从某种意义上来说,绝对零度也意味着永恒。
奇点大爆炸几乎提供了无限的热量和能量
让宇宙从除奇点外空无一物演化到如今波澜壮阔的宇宙,首先出现的氢和氦演化出了后续的各种物质,所以研究宇宙宏观的热量变化,就是在研究宇宙整体的演化。
随着初始能量的耗尽,宇宙最终会停止膨胀,不再诞生新的恒星,宇宙中的熵越来越高,最后恒星全部熄灭,陷入一片死寂。
这时整个宇宙进入最低能量状态,无限接近绝对零度,但永远不可能达到绝对零度。
它是太阳系中的“超级水球”,水存储量是地球两倍,可能存在生命
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