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不可能比这更冷了(郭世琮)  

来自惊鸿岂止一现   2013-08-18 07:37:40|  分类: 物理与生活 |举报 |字号 订阅

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不可能比这更冷了(郭世琮)






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不可能比这更冷了(郭世琮)



 

15955633029;1148631378; xzyggyj@163.com




 

不可能比这更冷了(郭世琮)
  

 作者:郭世琮 

    1848年,英国科学家威廉·汽姆逊·开尔文勋爵(1824~1907)建立了一种新的温度标度,称为绝对温标,它的量度单位称为开尔文(K)。这种标度的分度距离同摄氏温标的分度距离相同。它的零度即可能的最低温度,相当于摄氏零下273度(精确数为-273.15℃),称为绝对零度。因此,要算出绝对温度只需在摄氏温度上再加273即可。那时,人们认为温度永远不会接近于0K,但今天,科学家却已经非常接近这一极限了。


  物体的温度实际上就是原子在物体内部的运动。当我们感到一个物体比较热的时候,就意味着它的原子在快速动动:当我们感到一个物体比较冷的时候,则意味着其内部的原子运动速度较慢。我们的身体是通过热或冷来感觉这种运动的,而物理学家则是绝对温标或称开尔文温标来测量温度的。
  按照这种温标测量温度,绝对温度零度(0K)相当于摄氏零下273.15度(-273.15℃)被称为“绝对零度”,是自然界中可能的最低温度。在绝对零度下,原子的运动完全停止了,并且从理论上讲,气体的体积应当是零。由此,人们就会明白为什么温度不可能降到这个标度之下,为什么事实上甚至也不可能达到这个标度,而只能接近它。
  自然界最冷的地方不是冬季的南极,而是在星际空间的深处,那里的温度是绝对温度3度(3K),即只比绝对零度高3度。
  这个“热度”因为实际上我们谈到的温度总是在绝对零度之上)是作为宇宙起源的大爆炸留存至今的热度,事实上,这是证明大爆炸理论最显著有效的证据之一。
  在实验室中人们可以做得更好,能进一步地接近于绝对零度,从上个世纪开始,人们就已经制成了能达到3K的制冷系统,并且在10多年前,在实验室里达到的最低温度已是绝对零度之上1/4度了,后来在1995年,科罗拉多大学和美国国家标准研究所的两位物理学家爱里克·科内尔和卡尔威曼成功地使一些铷原子达到了令人难以置信的温度,即达到了绝对零度之上的十亿分之二十度(2×10-8K)。他们利用激光束和“磁陷阱”系统使原子的运动变慢,我们由此可以看到,热度实际上就是物质的原子运动。非常低的温度是可以达不到的,而且还要以寻求“阻止”每一单个原子运动,就像打台球一样,要使一个球停住就要用另一个球去打它。这了弄明白这个道理,只要想一想下面这个事实就够了。在常温下,气体的原子以每小时1600公里的速度运动着,而在3K的温度下则是以每小时1米的速度运动着,而在20nK(2×10-8K)的情况下,原子运动的速度就慢得难以测量了。在20nK下还可以发现物质呈现的新状态,这在70年前就被爱因斯坦和印度物理学家玻色(1894~1974)预见了。
  事实上,在这样的非常温度下,物质呈现的既液体状态,也不是固体状态,更不是气体状态,而是聚集成唯一的“超原子”,它表现为一个单一的实体。

温度的高低用绝对温度表示
  英国科学家威廉·汤姆逊·开尔文勋爵是绝对温标的创立者,绝对温标以他的名字命名,称为开氏温标。

越来越接近难以逾越的极限
  图中显示的是由电脑模拟的2000个铷原子冷却后的照片,颜色是假想的。冷却的最低温度只有绝对零度上的十亿分之二十度(2×10-8K)。白色部分和蓝色部分是最冷的原子,它的运动实际上停止了。

某些原子喜欢热
  气体的原子运动随着温度的升高而加速,随着温度的降低而减速。当温度达到0K(-273.15℃)时,原子的运动就停止了。因此,不可能有低于0K的温度。

为什么不能低于绝对零度?
  在压力不变的情况下(图以砝码表示),如果温度下降,气体的体积就减小,与其0℃时的体积相比,每下降1℃其体积就减小1/273。其结果就是在-273.15℃时,气体的体积应为零,因此-273.15℃(0K)就是自然界可能的最低温度了。





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