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-273.15°C到底是多冷?能凍結(jié)光?宇宙因此變得一片黑暗!

 我的漫畫世界 2023-07-24 發(fā)布于廣東

零下273.15攝氏度,也被稱為絕對(duì)零度,是溫度尺度中的基準(zhǔn)點(diǎn)。在這個(gè)溫度下,分子和原子的運(yùn)動(dòng)停止,物質(zhì)變得極度冷靜和靜止。這一溫度是極端寒冷的極限,其帶來的效應(yīng)可以稱為宇宙中最可怕的現(xiàn)象之一。

首先,讓我們了解一下絕對(duì)零度的概念。絕對(duì)零度是熱力學(xué)第三定律的基礎(chǔ),表示在絕對(duì)零度下物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)完全停止。在這個(gè)溫度下,分子不再具有熱能,它們的能量趨近于最低點(diǎn),沒有熱量可以從物體中釋放出來。由于分子和原子的運(yùn)動(dòng)停止,借此溫度成為熱力學(xué)溫標(biāo)的起點(diǎn)。

從理論上講,絕對(duì)零度是無法達(dá)到的,因?yàn)橐刮镔|(zhì)的溫度降低到絕對(duì)零度以下是幾乎不可能的。然而,在實(shí)驗(yàn)室中,科學(xué)家們使用制冷技術(shù)可以將物質(zhì)冷卻到幾個(gè)納開爾溫度(1納開爾等于10^-9開爾文),這離絕對(duì)零度非常接近。

絕對(duì)零度的可怕之處在于它導(dǎo)致了一些極端的效應(yīng)。其中之一是光的行為發(fā)生了巨大的改變。在絕對(duì)零度下,光被凍結(jié),無法傳播。光的波長變得無限長,頻率趨近于零。這導(dǎo)致了光在絕對(duì)零度下消失,物質(zhì)和環(huán)境變得一片黑暗。因此,在絕對(duì)零度下的宇宙是漆黑一片的。

實(shí)驗(yàn)上的一項(xiàng)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是千米波天線陣列(CMB)。CMB是宇宙微波背景輻射的簡稱,它是宇宙大爆炸后光子的遺留輻射。CMB是宇宙最早的輻射,來源于宇宙在大爆炸初期形成的宇宙背景輻射。通過對(duì)CMB的觀測(cè),科學(xué)家們得知宇宙的溫度非常接近絕對(duì)零度,約為2.7開爾文。這個(gè)溫度非常接近絕對(duì)零度,冷得足以凍結(jié)光的傳播。

絕對(duì)零度帶來的另一個(gè)可怕之處是它影響了物質(zhì)的基本特性。在低于絕對(duì)零度的溫度下,物質(zhì)可顯示出一些奇怪的量子現(xiàn)象,如超導(dǎo)和超流。在超導(dǎo)現(xiàn)象中,物質(zhì)可以無阻力地傳導(dǎo)電流,表現(xiàn)出奇妙的電導(dǎo)性質(zhì)。超流現(xiàn)象則涉及到液體的無阻力流動(dòng),使之能夠爬上物體的壁面。

盡管絕對(duì)零度帶來的效應(yīng)可以令人印象深刻,但在現(xiàn)實(shí)世界中,將物質(zhì)冷卻到接近絕對(duì)零度是非常具有挑戰(zhàn)性的。冷卻物質(zhì)到接近絕對(duì)零度需要極低的溫度和先進(jìn)的冷卻技術(shù)。目前,科學(xué)家們使用液氦和液氮等極低溫冷卻介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)接近絕對(duì)零度的溫度。這種低溫技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室研究、材料科學(xué)和量子計(jì)算等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

然而,即使在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了接近絕對(duì)零度的溫度,物質(zhì)的完全冷卻到絕對(duì)零度是不可能的。根據(jù)熱力學(xué)定律,物質(zhì)的熵(混亂程度)在絕對(duì)零度時(shí)達(dá)到最小值,從而無法進(jìn)一步冷卻。

盡管絕對(duì)零度帶來的效應(yīng)令人驚嘆,實(shí)際上,在日常生活中并未直接遇到絕對(duì)零度下的溫度。然而,通過對(duì)絕對(duì)零度及其效應(yīng)的研究,科學(xué)家們可以更好地理解物質(zhì)的行為和量子力學(xué)的基本原理。

此外,絕對(duì)零度的概念也為科學(xué)界提供了一種理想的參照框架,用于比較和比較溫度的效應(yīng)。在各種領(lǐng)域的研究中,科學(xué)家們利用絕對(duì)零度作為基準(zhǔn)來評(píng)估和研究高溫條件下的物質(zhì)行為,如超導(dǎo)材料、高溫超導(dǎo)、量子計(jì)算等。

綜上所述,零下273.15攝氏度代表著絕對(duì)零度,它是熱力學(xué)溫標(biāo)的起點(diǎn),也是物質(zhì)的最低溫度。在絕對(duì)零度下,物質(zhì)停止運(yùn)動(dòng),光被凍結(jié),宇宙變得漆黑一片。絕對(duì)零度帶來了許多奇特的效應(yīng)和現(xiàn)象,如光的停止傳播和量子現(xiàn)象的顯現(xiàn)。

盡管我們無法實(shí)際達(dá)到絕對(duì)零度,但通過研究和實(shí)驗(yàn)觀測(cè),我們能夠更好地理解物質(zhì)和宇宙的基本性質(zhì)。絕對(duì)零度對(duì)科學(xué)界的意義在于提供了一個(gè)參考框架和起點(diǎn),以理解和研究極端溫度條件下的物質(zhì)行為。雖然絕對(duì)零度的溫度極為極端,但它激發(fā)了科學(xué)家們的好奇心和探索欲望,推動(dòng)物理學(xué)和量子科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。

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