世界是物質(zhì)的,物質(zhì)則在永恒不斷地運動,不管是啥運動,均受到了一系列物理法則的約束。物質(zhì)由微小的粒子構(gòu)成,這些粒子總是存在熱運動,而溫度就是描述粒子熱運動劇烈程度的物理量。
經(jīng)過詳細(xì)而復(fù)雜的實驗研究,物理學(xué)家認(rèn)為,溫度存在上限與下限,既存在一個最高溫和一個最低溫。
其中宇宙中能夠存在或者曾經(jīng)出現(xiàn)過的最高溫度,是宇宙大爆炸開始時第1個普朗克時間內(nèi)的溫度,據(jù)理論估計,那一瞬間的溫度高達(dá)1.4億億億億度,這被稱之為普朗克溫度,是溫度的上限。這里說明一下,普朗克時間是理論物理學(xué)家所認(rèn)為的最小時間間隔,數(shù)值為10^-43秒。
那宇宙中溫度最低究竟有多低?
理論上的溫度下限是零下273.15攝氏度,這被稱之為絕對零度。然而,根據(jù)熱力學(xué)第三定律,任何物質(zhì)的溫度都只能無限接近于它,卻不能達(dá)到絕對零度。這一點如同速度極限光速,任何有靜止質(zhì)量的物體永遠(yuǎn)也不能達(dá)到光速,只能無限接近。
至于絕對零度為啥不可達(dá),簡單來說就是因為粒子不可能處于絕對靜止?fàn)顟B(tài),只要存在熱運動,那么溫度勢必高于絕對零度。
至于為啥是零下273.15,而不是零下1000或者別的數(shù)值,這與溫標(biāo)的選取有關(guān),如果采用熱力學(xué)溫標(biāo)(又叫絕對溫標(biāo))而不是攝氏溫標(biāo),那理論上的最低溫度就是0開爾文(0K);不過若是將攝氏溫標(biāo)的基準(zhǔn)點(零刻度線)改動一下,倒是可以讓溫度下限變?yōu)椤傲阆?000”,不過這樣做毫無意義。
雖然絕對零度不可達(dá)到,但宇宙中仍然有溫度極度接近于它的地方。
比如在銀河系內(nèi)有一個叫作布莫讓星云(又名回力棒星云、回旋鏢星云)的地方,那里部分星云處的溫度僅比絕對零度高約1攝氏度,即零下272.15℃,是宇宙中已知最冷的地方。布莫讓星云的溫度已經(jīng)低于宇宙微波背景輻射所對應(yīng)的物體溫度2.7K(零下270.45攝氏度)。布莫讓星云距離我們僅5000光年,是一顆走向生命末期的恒星所產(chǎn)生的星云,發(fā)現(xiàn)于1979年 。
很多人可能沒想到,其實宇宙中已知溫度最低的地方在地球上,不過不是在南極,而是人類在地球上的頂尖物理實驗室中創(chuàng)造出來的。因為人類在南極所記錄到的最低溫度僅為89攝氏度,而人類在實驗室中所創(chuàng)造的最低溫度卻達(dá)到了0.000000000038開爾文(小數(shù)點后10個0,即38皮開爾文),已經(jīng)無限接近于絕對零度了。
這一紀(jì)錄是科學(xué)家于2021年創(chuàng)造的,當(dāng)時科學(xué)家通過一些技術(shù)手段將銣(Rb,37號元素)原子云冷卻到了極低的溫度,最終使其溫度達(dá)到了超低的38皮開爾文(38pK),使之成了玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)。不過銣原子云在這種超低溫狀態(tài)下僅保持了兩秒,但這仍然是一項不小的突破。
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