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如果温度达到绝对零度-273.15度,是否意味着宇宙终结?

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对于时间的冻结,有一种说法,那就是倘若宇宙的温度降至某个特定数值,时间便不再流转。那么,什么是我们所称之的温度呢?所谓的绝对零度,也就是-273.15℃,又代表了什么呢?这个温度点的到达远比时间的定格更显深奥。

我们日常所习惯使用的温度单位——摄氏度,其根源于瑞典科学家摄尔修斯(1701~1744)的发现,他以数字来衡量温度的高低,而摄氏度这个名称正源自其名的第一个音节,并以℃为符号。

摄尔修斯在1742年提出,在标准大气压下,水的固化点和沸点分别被定为0℃和100℃(这与我们现在的认知是相反的)。这样的设定使得温度越高,数字却越小,显得不合常理。于是后来人们将这两者对调,形成了我们现今所熟知的0℃和100℃,即摄氏度的体系。

至于-273.15℃之所以被称作绝对零度,其原由在于,在这个温度之下,所有的原子和分子运动都将趋于停止。而温度的本质,便是这些分子的热运动,因此,低于-273.15℃的温度在实际上是不存在的。在另一种温度单位的定义中,开氏温标以-273.15℃作为起始点,即0度,并以开尔文为单位,符号为K。

日常生活中,摄氏度的温度定义,即以水的熔点和沸点作为0℃和100℃,显得更为实用。

然而,相对于以水的冰点为基准的摄氏温度,用科学家开尔文命名的开氏温标,亦即热力学温标,更为科学,因为它表述的是“绝对温度”。开氏温标的温度间隔与摄氏度是一致的。

它告诉我们,温度有一个理论上的最低限度,并且热力学第三定律向我们阐明,这个低温极限是永远无法达到的,我们最多只能无限接近它。

当物质接近这个极低温度时,会涌现出许多不可思议的现象。例如,大多数金属在此温度下的电阻将变为零,变为我们梦寐以求的超导体。同时,液态氦在2.2K以下的极低温度下,会展现出超流体的特性,这比超导现象更加奇妙。所谓的超流体能够像液体一样违背重力“爬”上容器壁,还能从极窄的缝隙(飞米大小)中流出。这些奇妙的现象之所以出现,是因为流体中原本存在的黏性阻力降为了零。深层次的原因在于,氦属于玻色子,它不受“泡利不相容原理”的限制。

在极低温度下,作为玻色子的氦原子可全部进入同一量子态,整个液态氦可以被视作一个巨大的原子,所有这些神奇现象都源于这种量子态,也被称为玻色-爱因斯坦凝聚态。

这是一种玻色子在被冷却至接近绝对零度时表现出来的物质状态,既是气体状态又是超流体状态。1995年,麻省理工学院的沃夫冈·凯特利和科罗拉多大学博尔德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼首次在170 nK的低温下,利用气态铷原子获得了玻色-爱因斯坦凝聚。在该状态下,几乎所有的原子都汇聚到能量最低的量子态,形成一个宏观的量子态。

绝对零度意味着一切的静止,时间失去了意义,空间亦是如此。如果真要达到这个温度,就得消耗无穷的能量,这与让有质量的物体加速到光速一样,几乎不可能。

反观温度的上限,却未有确定的极限,因为分子和原子始终存在无限剧烈运动的可能。

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