現代科學認為(wei) ,隻要有宇宙存在,就不可能存在絕對零度的地方。因為(wei) 絕對零度是熱力學的最低溫度,物質溫度取決(jue) 於(yu) 原子、分子等粒子的平均動能,粒子平均動能越高,物質溫度就越高,反之越低。在絕對零度條件下,物質分子沒有了動能,內(nei) 能到達最小值,在一個(ge) 沒有任何粒子振動的空間,體(ti) 積為(wei) 零。
也就是時空都不存在了,由此宇宙也不存在了。
這就是現代科學對絕對零度的解釋。如果願意相信科學的朋友,就可以看下去,有些既不相信科學又喜歡問這類奇葩問題,總想著有一個(ge) 神秘或玄乎的答案的大俠(xia) 們(men) ,就沒有必要在這裏杠精浪費時間了。
熱力學溫度
所謂絕對零度是熱力學溫度的概念。熱力學溫度是科學界最重要的溫標,是熱力學和統計物理學中重要參數之一。這個(ge) 溫標是由第一代開爾文男爵威廉·湯姆斯在1848年創立的,他利用熱力學第二定律卡諾定理推定創立,也稱開爾文溫度、絕對溫標、開氏溫標等。
熱力學溫標的單位為(wei) 開(符號K),絕對零度為(wei) 0K(不是OK),對應攝氏度為(wei) -273.15℃,每度間隔與(yu) 攝氏度一樣,因此攝氏度0℃對應開氏溫標為(wei) 273.15K。
現代相對時空觀(相對論時空觀)認為(wei) ,時空和物質是一個(ge) 三胞胎,這個(ge) 三胞胎沒有先後,與(yu) 宇宙同時誕生,它們(men) 相輔相成,缺一不可,沒有誰能夠獨立存在。這是因為(wei) 物質是空間的內(nei) 容,空間是物質的容器,沒有物質就不需要空間,也就沒有空間;而沒有空間,也就沒有物質的存身之處,也就不可能存在物質。
時間是空間和物質變化的標誌。時間是標誌空間和物質存在及其運動狀態的一個(ge) 抽象存在,看不到摸不著,但充滿著整個(ge) 空間,代表了空間和物質的廣延性和持續性,具有一維性,沒有時間就沒有物質和空間。因此愛因斯坦將我們(men) 的世界叫四維時空,即由三維空間和一維時間組成。
因此,隻要有宇宙存在,或者說我們(men) 觀測者存在,就不可能有絕對零度。因為(wei) 絕對零度環境已經是絕對真空,絕對真空沒有空間和物質了,怎麽(me) 還會(hui) 有我們(men) 人類觀測者呢?或者說還有時空存在呢?
普朗克自從(cong) 發現普朗克常數,就從(cong) 一個(ge) 英俊少年變成這模樣
不過現在量子力學對絕對真空有了新的解釋
現代量子力學認為(wei) ,在普朗克尺度和時間以內(nei) ,也就是10^-35m(米)和10^-43s(秒)以內(nei) 的時空尺度,空間和時間的經典概念將不再適用,需要建立理論上自洽的量子引力理論,也就是量子時空論來解釋。但理想化的解釋一直沒有得到,現在比較有希望的是超弦理論或M理論。
這是一個(ge) 將宇宙解釋為(wei) 11維時空的理論,又是一個(ge) 企圖用統一理論來解釋宇宙物質和能量本源的理論,很複雜,且尚沒有一個(ge) 大的突破,在此就不展開說了。
量子理論還有一個(ge) 真空零點能理論,這個(ge) 理論就是在絕對真空(又稱量子真空)下,也蘊藏著巨大的真空零點能。也就是在絕對零度、沒有任何粒子、空間和時間的的虛空中,存在著巨大本底能量,正是基於(yu) 此,才存在誕生宇宙的可能。
這些能量不斷地以虛粒子對方式出現,這些正反粒子對一出現就相互湮滅了。如果這些能量是一個(ge) 完美的平衡對稱狀態,宇宙就不會(hui) 出現。那麽(me) 為(wei) 什麽(me) 宇宙會(hui) 出現呢?早前的科學家們(men) 一直迷惑不解,楊振寧、李政道上世紀發現和創立的宇稱不守恒定律,為(wei) 解釋宇宙出現撕開了一道口子。
量子力學認為(wei) ,本底能量以量子泡沫的方式隨機湧動,虛粒子對在基本對稱守恒狀態下不斷湮滅,但這種守恒對稱是不完美的,偶爾出現了對稱性破缺,有那麽(me) 一個(ge) 虛粒子沒有湮滅,於(yu) 是出現了宇宙奇點,這個(ge) 奇點迅速膨脹(爆炸),隨後能量不斷轉化為(wei) 物質,就有了我們(men) 今天的宇宙和時空。
因此,在絕對零度狀態下,現代量子力學認為(wei) 依然會(hui) 有具有巨大的本底能量存在,但時空是不存在的。既然時空都不存在了,何談時間會(hui) 不會(hui) 停止?因此不是停止,而是烏(wu) 有。
絕對零度無法達到,隻能無限逼近
宇宙中沒有發現絕對零度存在。宇宙微波背景輻射溫度約為(wei) 3K,也就是-270.15℃;目前認為(wei) 宇宙最冷的地方是距離我們(men) 5000光年的一個(ge) 原行星雲(yun) ,叫布莫讓星雲(yun) ,也叫回力棒星雲(yun) 。這個(ge) 星雲(yun) 有點像一個(ge) 領結,那裏的溫度測得為(wei) 1.15K(-272℃),是已知自然界中的最低溫度的地方。
科學家們(men) 在實驗中,通過製造170*10^-9K低溫,也就是170nK(-273.14999983℃),實現了物質的玻色-愛因斯坦凝聚態。這是物質的一種新形態,即玻色子原子(光子、膠子、銣-87原子等),在冷卻到接近絕對零度時,所呈現出的一種特殊狀態,具有氣態、超流、超導等特性。
由德國、美國、奧地利等國科學家聯合組成的一個(ge) 科研小組,在實驗室創造了0.5nK(納開)的低溫記錄,這個(ge) 隻比絕對零度高20億(yi) 分之1K的低溫,被吉尼斯論證為(wei) 世界最低溫度記錄。這項研究成果刊登在2003年9月12日版的《科學》雜誌上。
NASA(美國航天局)宣稱,將在國際空間站的一項實驗中,創造出100億(yi) 分之1K的超低溫,以最大限度降低粒子移動速度,將波色-愛因斯坦凝聚態的觀測時間能夠延長到10秒鍾。這已經比地麵觀測延長了許多倍,足以讓科學家們(men) 分析和掌握這種奇異物質的更多特性。
這項實驗在2018年5月21日開始,據稱到2020年結束,最終是否達到了目標,沒有確切的報道。
這裏特別提示,人類創造接近零度的超低溫,各位千萬(wan) 不要以為(wei) 是一個(ge) 很大的空間,實際上是人眼都無法看到的一個(ge) 微觀世界,是科學家們(men) 在高度真空的磁阱中,製造出來的原子級及亞(ya) 原子級別的超低溫,一個(ge) 針尖大都沒有,而且隻有瞬時存在,但可以被極其精密的儀(yi) 器所探測和拍攝到。
不管怎樣,人類正在不斷創造出無限逼近絕對零度的低溫,但根據相關(guan) 理論,永遠也達不到真正的絕對零度。
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