這是一個(gè)長達(dá)100多年的爭(zhēng)論，參與其中的不乏創(chuàng)造過奇跡的物理學(xué)家，連愛因斯坦也曾參與其中。而最近，物理學(xué)家們終于結(jié)束了這個(gè)百年辯論——他們最終通過數(shù)學(xué)證明了熱力學(xué)第三定律的正確，結(jié)束了人類常年來對(duì)其定律的模糊理解。
熱力學(xué)第三定律里指出，在一個(gè)系統(tǒng)中的無序度（熵）不可能是0，因而“絕對(duì)零度”（-273℃或0K）是不可能達(dá)到的。
我們都知道光速是宇宙中最快的速度，愛因斯坦的相對(duì)論指出，任何有質(zhì)量的物質(zhì)只能無限接近光速而無法達(dá)到光速，因?yàn)殡S著速度的增加其動(dòng)質(zhì)量也會(huì)增加，無限接近光速意味著無窮大的質(zhì)量，自然不會(huì)憑空出現(xiàn)無窮大的能量去推動(dòng)。
絕對(duì)零度與光速一樣，同為宇宙間的極限數(shù)字，是“造物者”（或者外星人）用來限制宇宙間物質(zhì)行為的手段。
與“光速不可達(dá)到不可逾越”，科學(xué)家們?cè)缇蛻岩?，在宇宙中必然有一個(gè)存在于冷卻行為的“速度限制”機(jī)制，這套機(jī)制就像阻止我們達(dá)到光速一樣阻止我們達(dá)到絕對(duì)零度。但長期以來，科學(xué)家們并未弄清楚“速度限制”背后的真實(shí)原理。
不過事情似乎有了轉(zhuǎn)機(jī)。
在最近出版的《自然通訊》雜志上刊登了一篇文章，該文旨在利用量子力學(xué)手段解決這個(gè)百年難題。這篇文章來源于倫敦大學(xué)，其物理學(xué)家成功定義了“冷卻速度限制”，以防絕對(duì)零度的出現(xiàn)。
在實(shí)驗(yàn)中科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，不可能使用有限的資源將某一封閉的系統(tǒng)冷卻至絕對(duì)零度，以此為論據(jù)，科學(xué)家認(rèn)為，在有限時(shí)間內(nèi)不可能將某一系統(tǒng)冷卻至絕對(duì)零度，而在無限時(shí)間下該問題是無意義的。同時(shí)他們還建立了關(guān)于冷卻時(shí)間與最低溫之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，也就是所謂的“冷卻速度”。
與光速相同，冷卻速度并不是一成不變，而是取決于環(huán)境中的聲速以及能量輸入的快慢（就像光速在不同介質(zhì)下速度不同）。
倫敦大學(xué)的科學(xué)家們從量子信息入手，將冷卻物體的過程視為一種計(jì)算。
在一個(gè)低能態(tài)的系統(tǒng)中，粒子攜帶能量較低，其熱運(yùn)動(dòng)較為緩和，因此粒子的排列狀態(tài)會(huì)比較少；而在較高能態(tài)的系統(tǒng)中，粒子會(huì)攜帶較高的能量，因此粒子熱運(yùn)動(dòng)會(huì)十分劇烈，粒子間的排列狀態(tài)可能會(huì)急劇增加，以至于無法確認(rèn)粒子在此期間的狀態(tài)，因此不確定性陡然上升；而在絕對(duì)零度的系統(tǒng)中，粒子無運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)確地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述也就不在話下。
所以，物理學(xué)家們認(rèn)為，冷卻應(yīng)該是一個(gè)“信息鎖定”的過程，必須要了解這一過程的復(fù)雜性?！傲孔有畔⒗碚摗币呀?jīng)在熱力學(xué)第二定律的各種版本中成功應(yīng)用，不過在熱力學(xué)第三定律中的使用還不是那么明確。
研究人員始終強(qiáng)調(diào)，熱力學(xué)第三定律在目前人類科技的水平下不具有太多技術(shù)應(yīng)用，其理論價(jià)值最為重要，理論是為未來服務(wù)的。
他們同時(shí)表示，其推導(dǎo)出的冷卻速度限制是一個(gè)十分巨大的數(shù)字，而憑借人類的技術(shù)手段，想要達(dá)到這一數(shù)字還是天方夜譚。這就好像是光速與馬車。
知道在宇宙在某一方面有限制是十分重要的事，即便我們還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法觸碰這個(gè)限制。這次的研究意義十分深遠(yuǎn)，熱力學(xué)第三定律是現(xiàn)代物理學(xué)的根本之一，涉及廣泛的物理層面，是許多知識(shí)的交匯之處。
聯(lián)系客服
