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零下273.15度的絕對零度,究竟有多可怕?能凍住光嗎?
2023/04/26

你感受過的最低溫度是多少?俄羅斯西伯利亞有一部分地區處于北極圈內,最冷的地方是零下73度,創造了北半球氣溫的歷史新低。

俄羅斯有部分地區的溫度能夠低至零下73度

那要是溫度低到絕對零度——零下273.15度會發生什麼事呢?

據說,這個溫度連光都能凍住。

如此可怕的極寒,生命還能存活嗎?

首先,我們得看看,自然界中溫度究竟能低到什麼程度,有沒有絕對零度存在。

絕對零度具體數值為-273.15℃

地球上的自然界肯定不存在絕對零度,南極大陸的最低溫度是零下90度的樣子,而北極最低溫是零下70度的樣子,跟西伯利亞差不多。而且現在存在著全球變暖的問題,氣溫逐年上升,恐怕南北極的最低溫都改寫了。

那麼宇宙中有沒有絕對零度的存在呢?

宇宙中的極端溫度

因為有太陽的光照,地球目前是太陽系中最宜居的行星,雖然它不是離太陽最近的行星。

地球剛好位于太陽系的宜居帶,離太陽不近也不遠

而有的行星雖然離太陽非常近,但溫度卻相當低,比如水星, 最熱時躥到零上430度,最冷時跌落零下160度,是太陽系八大行星中溫度最極端的星球。

不過,宇宙中自然還有比水星最低溫時還冷的地方。

在離地球約5000光年的地方,有一團半人馬座旋鏢星云,它是由宇宙中老年恒星內部流出來的氣體、塵埃膨脹形成的, 是目前人類能探測的宇宙中最冷的地方,溫度為零下272度,非常接近絕對零度

半人馬座旋鏢星云中的溫度低至-272℃

當然,半人馬座旋鏢星云的溫度也不可能達到絕對零度,畢竟所謂的絕對零度是熱力學上的最低溫,是理論下限, 現實中幾乎達不到,只能無限接近

不過,要是有物體走到半人馬座旋鏢星云這里, 原來的性質狀態都會發生徹底改變。因為從理論上來講, 物體的溫度是內部粒子運動表現出來的熱量

我們描述溫度高低,會用熱和冷來形容。 摩擦生熱的原理我們都知道,當我們感到物體發熱時,表示它的粒子在高速運動,摩擦便增大;當它冷下來的時候,則表示它的粒子運動速度減緩了,這時摩擦也減小了。

粒子的運動速度決定了物體的溫度高低

如果自然界中存在絕對零度,那麼, 這個物體肯定完全停止運動了

當我們摸到靜止的石頭時,會感覺到它的冰涼, 但冷和熱又是相對而言,北極的冰塊肯定比低緯度地區的石頭還冷。

靜止也是相對而言,所以,我們看到石頭沒有動,是參照了我們自己或者其他高速運動的物體,實際上石頭內部的粒子在運動,只是跟參照物比速度過低了。同理,水星跌到零下160度時也在圍繞著太陽公轉,而不是停止了。

水星的溫度雖然很低,但它依舊在圍繞太陽運動

絕對零度能凍住光嗎

我們再來看看零下262度的半人馬座旋鏢星云,它也肯定在運動,因為宇宙中所有的天體都在轉動,星云也會自轉,宇宙星云因為運動碰撞、坍縮都不是罕見的事。

而且,有些星云是會發光的, 比如發射星云會受附近的恒星激發而發光反射星云靠反射附近恒星的光而發光;但氣體塵埃星云由于附近沒有發光的星體,它也是黑暗的。

星云也會發光,主要是受附近恒星的影響

半人馬座旋鏢星云恰好屬于反射星云,相當于也能發光,所以, 零下272度的低溫并沒有凍住光。當然,半人馬座旋鏢星云沒有達到零下273.15度,只能做參考。

光速是在介質和真空中傳播速度最大的物體運動速度, 但物體的運動速度無論多快都是有限的,跟絕對零度的道理一樣,只能無限接近光速,卻永遠達不到光速。

光從離開太陽表面算起,需大約8分17秒就能到達地球

從物體運動速度與溫度的關系可以得出,溫度也沒有上限。那有下限嗎?也沒有,因為就目前的研究來看, 自然界中沒有絕對靜止的物體,粒子的動能沒有絕對的限制,這就是溫度達不到絕對零度,只能無限接近的原因。

但是在理論上來說,能達到絕對零度的時候,物體已經完全靜止了,那麼就可以凍住光。因為光也是能量,有能量產生就有運動。

理論上而言,如果真能達到絕對零度,就能夠凍住光

曾經有過這麼一個關于絕對零度的實驗,就是 制造超流體。超流體不是液體,但完全沒有摩擦, 垂直90度的角度它都能「流」上去。制造超流體的原料是氮氣,氮氣是世界上最難液化的物質,但在接近絕對零度時,它被液化了。

光屬于玻色子,也可以液化成超流體,2017年,加拿大蒙特利爾理工學院和意大利CNR納米技術研究所合作, 將光液化成了超流體狀態,稱為液態光。所以, 當溫度達到絕對零度,光也能被凍住。

科學家們首次在室溫下制造出液態光的相關論文發表

絕對零度如何制造

光被凍住的理論有了,那麼絕對零度能被人為地制造出來嗎?

的確有科學家制造出來了,據《自然·物理》雜志發表的一篇論文稱,美國和日本的科學家合作, 在實驗室里把鐿原子冷卻到已經相當接近絕對零度了,大概是零下273.15度以上的十億分之一度

這個溫度比宇宙中最冷的地方還要低,半人馬座旋鏢星云的溫度跟它比都太熱了。科學家使用激光,在實驗室里限制了30萬個原子在光學晶格里的運動,才造出了如此低溫的環境。

在實驗室里面限制了30萬個原子在光學晶格里的運動

但是把溫度降到這個程度, 已經不是純粹的物理學了,而是更偏向量子力學。取得該成果后,研究團隊又開始開發工具,想測量鐿原子在如此接近絕對零度的環境中還會出現什麼樣的行為。

那麼,宇宙中有沒有可能也存在絕對零度的地方呢?

也許是有的,只是人類還沒有發現。可能那個極寒的地方比絕對零度的溫度還要低。那麼, 那個地方應該是由反物質構成的,因為反物質要吸收物質的能量,讓雙方達到能量抵消的狀態

反物質會吸收物質的能量

在這個由反物質構成的空間里,時間應該也是停止的。因此,這個地方大概也會發生空間扭曲,甚至發生爆炸。

從宇宙爆炸論來說,宇宙的起源是初始的奇點從熱到冷變化發生了爆炸,在 爆炸之前,整個宇宙只有這麼一個奇點,空間時間都不存在,爆炸了之后才產生了現在的宇宙

那我們是不是可以理解為, 奇點當時是冷卻到了絕對零度然后爆炸的呢?要是奇點沒有發生爆炸而是 停留在了絕對零度的情況下,那就是永恒

奇點有沒有可能是在絕對零度的條件下爆炸的呢?

可惜,絕對零度是無法到達的,溫度是極限值,光速也是極限值,目前沒有任何證據證明有東西能斬斷光或者停住光, 有光就一定有能量,運動也不會停止。所以,絕對零度凍住光的說法只能在理論里存在。


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