你有没有想过,在这个充满热量的宇宙里,最冷的地方到底能冷到什么程度?
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很多人觉得,冷只是热的对立面,南极的零下89度可以冻裂钢铁,冥王星的零下220度可以让氧气凝固,但在物理学家眼中,这些所谓的“极寒”,不过是宇宙温床上的微风,在物质的最底层,藏着一个人类从未踏足、却始终试图窥探的禁区——绝对零度。
这个数字,是宇宙写下的死命令,在这个点上,光会跑不动,原子会停止挣扎,连时间都会因为失去度量的刻度而变得毫无意义。
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目前的实验室记录,人类已经把温度压到了零下273.149999999度,距离终点只差十亿分之一度,听起来,我们似乎只差临门一脚?
但今天我要告诉你一个残酷的真相:这最后的十亿分之一度,是一道横跨在凡人与上帝之间的天堑,即使你烧光全宇宙的恒星,榨干银河系的每一分能量,你也跨不过去。
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为什么宇宙要死死守住这个禁区?
绝对零度背后,到底藏着什么让爱因斯坦和海森堡都感到战栗的真相?
今天,不做浅科普。我们一起往下沉,沉到宇宙温度的最底层。
绝对零度这个概念,最开始不是被观察到的,而是被“算”出来的。
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19世纪初,法国物理学家盖-吕萨克发现了一个极其诡异的规律:当你在恒定压强下冷却一种气体时,温度每下降1摄氏度,气体的体积就会固定缩小它在0℃时体积的1/273.15,这是一个极其精确的比例。当时的人们推导出一个细思极恐的结论:
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如果温度一直降,降到-273.15℃时,按照公式,气体的体积岂不是会变成0?
体积为0,意味着物质凭空消失了?
这显然违反了直觉,虽然现实中气体在达到那个点之前就会变成液体或固体,不再遵循这个公式,但这个数字却像一个物理常数,刻在了宇宙的底层逻辑里。
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后来,威廉·汤姆森正式定义了“绝对温标”,他意识到,温度不是无穷无尽的。向上,能量可以无限叠加;但向下,它有一个绝对的底座。这就好比你在跑道上跑步。你可以越跑越快,直到接近光速;但当你慢下来,最慢的状态就是“静止”。你不可能比静止更慢,你不可能在原地站着的时候,还拥有一个负的速度。
-273.15℃,就是宇宙的“静止点”。
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要理解绝对零度,我们必须拆解温度的本质,在微观世界,温度根本不是一种“感觉”,它其实只有一句话:分子的无规则运动。你觉得手心发热,是因为你体内的原子在疯狂地碰撞、扭动。你觉得寒风刺骨,是因为空气分子的动能正在衰减。
冷,其实就是“慢”。
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当我们不断降温,这些微观粒子就会变得越来越懒。在零下一百度,它们开始步履蹒跚;在零下两百度,它们几乎处于半瘫痪状态。到了理论上的绝对零度,所有的原子、电子都应该彻底停止。
但这,恰恰是宇宙最不能容忍的事情。
这里我们要引入物理学中最著名的“不速之客”——海森堡不确定性原理。
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量子力学告诉我们:你永远不可能同时精准地知道一个粒子的“位置”和“速度”。如果一个粒子达到了绝对零度,它彻底不动了,那么它的速度就是0,它的位置就是固定的。这意味着,你同时锁定了它的位置和速度。
这会触发宇宙的“防报错机制”。如果这种状态发生,整个量子力学的根基都会崩塌。所以,宇宙给所有粒子留了一个底薪,叫“零点能”。哪怕在绝对零度,粒子依然会保持一种极其微小、永不停止的“震颤”。
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宇宙不允许绝对的死寂,它必须让万物保留最后一丝呼吸。这种“死而不僵”的状态,正是绝对零度最诡异的魅力所在。
既然绝对零度是禁区,那人类目前走到了哪里?
2021年,德国研究团队在不莱梅的一座120米高的落塔里,创造了人类已知的最低温纪录。他们利用磁阱约束了约10万个铷原子,并让其自由落体。在失重的瞬间,通过精准的磁场调控,这些原子的热运动几乎被完全抹平。
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最终达到的温度是:比绝对零度高出38皮开尔文,38万亿分之一度。
这是什么概念?在这个温度下,原子的移动速度每秒钟只有几毫米,比蜗牛爬行还要慢一万亿倍。
很多人问:如果我伸手摸一下绝对零度的东西,会发生什么?
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你可能以为你会慢慢结冰,像电影里那样变成冰雕。不,现实要暴力得多。热量会自动从高温物体流向低温物体。当你接触它的那一秒,你体内的每一个原子都会感受到一种毁灭性的吸力。
你皮肤里的水分子瞬间结成的冰晶,不是雪花,而是微米级的锋利手术刀。它们会从细胞内部直接刺破细胞膜,将你的组织瞬间切成碎片。由于温差过于恐怖,这种热量交换会产生一种类似“爆炸”的物理撕裂。你的神经信号甚至还没来得及传回大脑,你的手就已经在分子层面彻底解体。
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那不是冻伤,那是物质属性的物理剥离。
但在这个冰冷的禁区边缘,物理规律开始变得极其魔幻。这就是科学家为之疯狂的原因:当热骚动消失,物质的本质才会显现。
首先是超流体。
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在接近绝对零度时,液氦的粘度会彻底消失。它可以顺着杯壁自己爬出来,也可以穿过任何微小的缝隙。如果你给它一个初始的速度,它可以在环形容器里永远流动下去,不需要任何动力。
其次是超导体。
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电阻归零。电流可以在里面永恒循环。如果没有绝对零度附近的低温研究,我们今天就无法拥有核磁共振,也无法制造出能悬浮在轨道上的高速列车。
但最震撼的,莫过于“玻色-爱因斯坦凝聚态”——也就是固、液、气、等离子态之外的“第五种物质形态”。
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在极低温下,成千上万个原子会突然丧失个性。它们不再各走各的路,而是发生“量子坍缩”,合体变成一个巨大的“超级原子”。这就好比体育场里的几万名观众,原本在各聊各的,突然之间,所有人的动作、呼吸、思想完全同步,变成了一个拥有万米身躯的超巨人。
在这个状态下,宏观和微观的界限模糊了。你可以用肉眼直接观察到量子的诡异特性。这是人类在冷酷的禁区边缘,偷看到的宇宙源代码。
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如果我们把视野从实验室拉回到整个宇宙,你会发现一个令人绝望的真相:绝对零度,不仅是温度的终点,也是宇宙的终点。
目前宇宙的平均温度是-270.42℃,这是大爆炸留下的余热,也就是所谓的“微波背景辐射”。然而,根据热力学第二定律,宇宙的熵值在不断增加。
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在遥远的未来,大约10的100次方年后,所有的恒星都会烧尽,所有的黑洞都会蒸发,所有的原子都会分散到无限大的空间里。
那时的宇宙将不再有光,不再有热。每一个粒子都相隔亿万光年,它们慢到几乎静止,无法发生任何碰撞,无法产生任何能量交换。
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这就是“大冻结”。
当整个宇宙无限趋近于绝对零度时,时间也将失去意义。因为时间的本质是“变化”。如果一切都静止了,如果没有任何一件事情发生,那么“这一秒”和“下一亿年”,又有什么区别呢?
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绝对零度,是宇宙为自己准备的最终墓碑。
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