-273.15℃有何特殊意义？为何宇宙最低温度会被限制为-273.15℃？

如果有人问起，宇宙最低温度是多少？相信大家都可以给出答案：-273.15℃，但如果被追问，这个有零有整的-273.15℃，它到底有何特殊意义？为何宇宙最低温度会被限制为-273.15℃呢？可能就有人回答不上来了，回答不上没关系，下面我们就来聊一下这方面的知识。

温度是一种用来表示物体冷热程度的物理量，想要讨论温度，首先就得给温度定义一个计量单位，怎么定义呢？

我们知道，在1个标准大气压下，水的冰点和沸点都是固定的，这显然可以当作一个非常好的参考。

所以1742年的时候，瑞典物理学家安德斯·摄尔修斯（Anders Celsius）提出，在1标准大气压下，沸水的温度可以记为0度，而冰水的温度可以记为100度，这两者之间可以分为100等分，每一等分就是1度，而这就是我们常用的温度计量单位——摄氏度（℃）的由来。

（安德斯·摄尔修斯）

看到这里你肯定要问了，这是不是搞反了，难道不是冰水的温度是0度，沸水的温度是100度吗？其实并没有搞反，摄尔修斯当时提出这种定义，是为了避免在测量温度时因为低于水的冰点而出现负数。

后来人们觉得这种定义很不方便，毕竟从直觉上来看，数值越大，温度就应该越高，另一方面来讲，比沸水更高的温度也是存在的，出现负数依然不可避免，于是人们干脆就将这种定义反过来了，并一直沿用至今。

早在16世纪，著名物理学家伽利略就发现了气体的热胀冷缩现象，而有了“摄氏度”的定义以及精确测量温度的技术之后，人们就可以更深入地研究温度对气体体积的影响。

在1787年的时候，法国物理学家雅克·查尔斯（Jacques Charles）对多种气体进行了实验，他的实验结果表明，在压强不变的情况下，这些气体的温度每升高1℃，体积的增加量总是一个固定的值，大概是其在0℃时体积的273分之1。

（雅克·查尔斯）

意思就是说，假设一团气体在温度为0℃的时候的体积为1立方米，那么当温度提升到1℃的时候，其体积就会增加大约0.00366立方米（其在0℃时体积的273分之1），也就是1.00366立方米，提升到2℃的时候，其体积又会增加0.00366立方米，也就是1.00732立方米，接下来也是这样累加，比如说温度提升到100℃的时候，这团气体的体积就增加到了1.366立方米。

1802年，英国物理学家盖-吕萨克（Gay-Lussac）据此提出了“查尔斯定律 ”（也称“盖-吕萨克定律”），该定律指出，在恒定压力下，理想气体的体积与其温度成正比，而雅克·查尔斯测量出的“273分之1”，则被当作压力不变时气体的体积膨胀系数。

（盖-吕萨克）

到了19世纪中叶，人类的测量技术得到了较大的进步，科学家在实验室中将这个膨胀系数精度提升到了273.15分之1。

想象一下，既然在恒定压力下，一团气体的温度每升高1℃，其体积的增加量总是其在0℃时体积的273.15分之1，那这团气体的温度每降低1℃，其体积的减少量就同样也是其在0℃时体积的273.15分之1。

简单计算后就可以得出，对于一团初始温度为0℃的气体来讲，当温度降低至-273.15℃的时候，这团气体的体积就为零（前提是压力是恒定的）。显而易见的是，一团体积为零的气体是不可能存在的，而这也就意味着，-273.15℃是不可能达到的。

由此可见，-273.15℃这个有零有整的温度值的特殊意义就在于，它是科学家通过理论和实验计算出来的宇宙温度在理论上的下限值。

（开尔文勋爵）

1848年，被誉为“热力学之父”开尔文勋爵在其论文《关于一种绝对温标》中，提出了一种与测温物质的属性无关的纯理论上的温标，将这种“绝对温标”将理论上的温度下限值，也就是-273.15℃设为“绝对零度”，并以摄氏度作为其单位增量。

是的，这种温标也就是后来的热力学温标，其单位为K（开尔文），根据定义，1K的温度变化与1℃相等，只是两者的计算起点不同而已，两者可以简单地用“K = ℃ + 273.15”来进行换算，比如说1℃，就相当于274.15K。

在接下来的时间里，随着科学的进步，人们也清楚了宇宙中温度的本质，其实就是物体内部微观粒子热运动的激烈程度，所以“绝对零度”对应的温度当然就是“物体内部微观粒子的热运动的激烈程度为零”。

用大白话讲就是，如果一个物体内部所有的微观粒子都完全静止不动了，那么这个物体的温度就是“绝对零度”，也就是-273.15℃。显而易见的是，这样的情况并不会发生，因为在我们所在的宇宙中，根本就找不到完全静止不动的微观粒子。

另一方面来讲，根据量子力学中的“不确定性原理”，宇宙中基本粒子的位置和动量不可能同时精确地确定，而假如一个物体真的达到了-273.15℃，就意味着基本粒子的位置和动量可以同时精确地确定，这就违反了量子力学，所以这个温度也是不可能达到的。

综上所述，-273.15℃其实是科学家们根据宇宙中的实际情况定义出的温度下限值，而这就是宇宙最低温度被限制为-273.15℃的原因，从理论上来讲，宇宙中任何物质的温度最多也就只能无限地接近这个温度，却不可能达到或者低于这个温度。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

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