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零下273.15℃,为什么是宇宙中温度的下限?

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想冻住时间吗?

在科幻电影里,我们总幻想按下一个按钮,世界瞬间定格,但在物理学家的眼中,这种魔法不需要咒语,只需要一个特定的温度-273.15℃。



在这个温度下,微观世界的喧嚣将戛然而止,原子会停止“呼吸”,电子会停止自旋,光会被冻结,时间将失去流动的意义,这就是宇宙的终极寒冷:绝对零度。

但这只是故事的表象,更恐怖的真相是,当人类花费百年心血,将温度降到距离这个终极深渊只差 0.001 度时,我们并没有看到预想中的死寂,反而窥见了一个让所有物理学家脊背发凉的疯狂世界。



20 世纪初,荷兰莱顿大学的实验室里,物理学家海克·卡末林·昂内斯正在进行一场疯狂的赌博。他建造了当时世界上最强大的制冷工厂,试图看看在极度低温下,物质到底会变成什么鬼样子,1911 年的一个深夜,他将水银冷却到了 -269℃,也就是4.2K,当他接通电路测量电阻时,指针归零了,昂内斯第一反应是仪器坏了,但经过无数次检查,他不得不承认一个颠覆常识的事实:电阻彻底消失了。



他给这种状态起名叫做“超导”,这不仅仅是导电性能变好了,而是电流在其中流动时不再遭遇任何阻力,如果你在一个超导环里通上电,然后拔掉电源,这股电流会在里面一直转圈,不是转一天两天,而是理论上可以转到宇宙毁灭。

这直接撕碎了我们日常的经验:在我们的世界里,能量总会损耗,但在那个低温世界里,能量似乎获得了永生,但这还不是最邪门的,几年后,昂内斯又把氦气冷却到了 -271℃。氦气液化了,但这种液体却变得像鬼魂一样。



这种状态被称为“超流体”,它的粘度归零,摩擦力归零,最惊悚的一幕发生了:当科学家把液氦倒进一个敞口的杯子里,液氦居然并没有乖乖待在杯底,而是像有自我意识一样,沿着杯壁内侧向上爬,翻过杯沿,再沿着外壁流下去,滴落在桌面上。

没有人推它,没有外力,它无视重力,无视阻力,执意要逃离容器,更绝望的是,如果你把液氦装进一个密封的陶瓷罐,它甚至能从原子级别的缝隙里“渗”出来,在极度低温下,宏观世界的物理铁律统统失效,量子世界的幽灵开始接管现实。



人类是怎么发现这个宇宙禁区的?

这要追溯到 200 多年前,1802 年,法国化学家盖·吕萨克在巴黎做了一个看似枯燥的实验,他往玻璃管里装入气体,反复加热、降温,记录体积变化。他发现了一个让所有人毛骨悚然的规律:无论是什么气体,温度每降低 1℃,体积就会缩小 1/273。



吕萨克把这些数据画成坐标图,发现所有的点完美地排成了一条直线,当他颤抖着把这条直线向低温方向延长时,线段在 -273℃ 处与横轴相交,后来修正为 -273.15℃。

那个交点意味着什么?



意味着气体的体积变成了零,意味着物质凭空消失了,但物质守恒告诉我们这不可能,于是科学家们明白了一个道理:那个点,不是物质消失的地方,而是宇宙画下的一道红线,宇宙仿佛在说:“你们可以无限接近这里,但永远不许越过。”

如果在这个基础上,我们继续冷下去,比液氦还要冷一万倍,会发生什么?

我们会看到一场“集体失忆”,1995 年,两位科学家在实验室里制造出了宇宙中前所未有的低温。他们将一团原子冷却到了纳开尔文级别,突然之间,几千个原子同时“忘记”了自己是谁,在常温下,每个原子都是独立的个体,像一群乱跑的孩子,但在那个极寒时刻,所有原子的量子波函数坍缩到了一起,它们表现得像是一个巨大的“超级原子”,这不是挤在一起,而是真正的融合。

物理学家管这叫“玻色-爱因斯坦凝聚态”,物质的第五种形态,在这种状态下,原子打破了时空的限制,一个原子可以同时出现在两个地方,量子力学中那些只在微观层面生效的疯狂规则,开始入侵宏观世界。物质失去了个性,变成了一种纯粹的波动。

那么自然界有没有这么冷的地方?



距离地球 5000 光年外的半人马座方向,有一片“回力棒星云”,它是一颗垂死恒星喷出的气体云,正在以每小时 50 万公里的速度疯狂膨胀,这种急速膨胀产生了剧烈的降温效果,使其温度降到了 -272℃。

这是自然界已知的最冷角落,甚至比宇宙大爆炸留下的背景辐射还要冷,但人类这个充满好奇心的物种,在制造寒冷这件事上已经超越了宇宙本身。



2021 年,德国布莱梅大学的团队创造了一个令人窒息的记录,他们把装着原子的设备从 120 米高的塔上扔了下去,在自由落体的那几秒钟微重力环境下,原子的运动几乎完全停滞,那一刻那座塔里的温度降到了 0.0038 纳开尔文,只比绝对零度高 38 万亿分之一度,在那个瞬间,那座塔就是全宇宙最冷的地方。



既然我们已经如此接近,为什么不能直接降到 -273.15℃?

因为宇宙用 热力学第三定律 锁死了大门:你可以无限接近绝对零度,但永远无法达到,就像你追逐地平线,你走得越快,地平线退得越远。



更深层的原因在于“海森堡不确定性原理”,在量子世界里,原子就像被植入了一个无法删除的程序,零点能让粒子必须保持最小的振动,如果它完全静止,我们就能同时精确知道它的位置和动量,这违反了量子力学的基本法,所以宇宙禁止“绝对静止”。

那么如果把一个人冷冻到接近绝对零度,能实现永生吗?



理论上你确实不会衰老了。因为你体内的化学反应停止了,细胞停止了代谢,细菌也被冻结。你会变成一尊永恒的雕像,但这是一个残酷的悖论:绝对零度能给你永恒,却剥夺了你感知永恒的能力。

你的思维、意识、记忆,本质上都是神经元中离子的运动,当原子不动了,所谓的“你”也就不存在了,你会保持这个姿势直到时间的尽头,却永远不知道自己还存在。



物理学中有一个令人绝望的定律叫“熵增定律”,热量永远从高温流向低温,直到两边一样冷,恒星在燃烧,但总有熄灭的一天,黑洞在吞噬,但最终也会通过霍金辐射蒸发殆尽,当宇宙中最后一点能量耗尽,整个宇宙将无限逼近绝对零度,科学家称之为“热寂”。

在那个未来里,不再有光,不再有热,不再有生命,甚至连时间都失去了意义,因为没有任何事件发生来标记时间的流逝,那是真正的、无边无际的死寂。



所以珍惜现在这个温度刚刚好的宇宙吧,珍惜原子还在剧烈跳动、光子还在到处乱窜、恒星还在发光发热的每一刻,因为在无尽的宇宙时间轴上,我们所处的这个温暖、喧嚣、充满变化的时代,只是一瞬间的例外,而冰冷的永恒,才是最终的归宿。

声明:内容由AI生成

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