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現(xiàn)代科學認為,只要有宇宙存在,就不可能存在絕對零度的地方。因為絕對零度是熱力學的最低溫度,物質溫度取決于原子、分子等粒子的平均動能,粒子平均動能越高,物質溫度就越高,反之越低。在絕對零度條件下,物質分子沒有了動能,內能到達最小值,在一個沒有任何粒子振動的空間,體積為零。
也就是時空都不存在了,由此宇宙也不存在了。
這就是現(xiàn)代科學對絕對零度的解釋。如果愿意相信科學的朋友,就可以看下去,有些既不相信科學又喜歡問這類奇葩問題,總想著有一個神秘或玄乎的答案的大俠們,就沒有必要在這里杠精浪費時間了。
熱力學溫度
所謂絕對零度是熱力學溫度的概念。熱力學溫度是科學界最重要的溫標,是熱力學和統(tǒng)計物理學中重要參數(shù)之一。這個溫標是由第一代開爾文男爵威廉·湯姆斯在1848年創(chuàng)立的,他利用熱力學第二定律卡諾定理推定創(chuàng)立,也稱開爾文溫度、絕對溫標、開氏溫標等。
熱力學溫標的單位為開(符號K),絕對零度為0K(不是OK),對應攝氏度為-273.15℃,每度間隔與攝氏度一樣,因此攝氏度0℃對應開氏溫標為273.15K。
現(xiàn)代相對時空觀(相對論時空觀)認為,時空和物質是一個三胞胎,這個三胞胎沒有先后,與宇宙同時誕生,它們相輔相成,缺一不可,沒有誰能夠獨立存在。這是因為物質是空間的內容,空間是物質的容器,沒有物質就不需要空間,也就沒有空間;而沒有空間,也就沒有物質的存身之處,也就不可能存在物質。
時間是空間和物質變化的標志。時間是標志空間和物質存在及其運動狀態(tài)的一個抽象存在,看不到摸不著,但充滿著整個空間,代表了空間和物質的廣延性和持續(xù)性,具有一維性,沒有時間就沒有物質和空間。因此愛因斯坦將我們的世界叫四維時空,即由三維空間和一維時間組成。
因此,只要有宇宙存在,或者說我們觀測者存在,就不可能有絕對零度。因為絕對零度環(huán)境已經是絕對真空,絕對真空沒有空間和物質了,怎么還會有我們人類觀測者呢?或者說還有時空存在呢?
普朗克自從發(fā)現(xiàn)普朗克常數(shù),就從一個英俊少年變成這模樣
不過現(xiàn)在量子力學對絕對真空有了新的解釋
現(xiàn)代量子力學認為,在普朗克尺度和時間以內,也就是10^-35m(米)和10^-43s(秒)以內的時空尺度,空間和時間的經典概念將不再適用,需要建立理論上自洽的量子引力理論,也就是量子時空論來解釋。但理想化的解釋一直沒有得到,現(xiàn)在比較有希望的是超弦理論或M理論。
這是一個將宇宙解釋為11維時空的理論,又是一個企圖用統(tǒng)一理論來解釋宇宙物質和能量本源的理論,很復雜,且尚沒有一個大的突破,在此就不展開說了。
量子理論還有一個真空零點能理論,這個理論就是在絕對真空(又稱量子真空)下,也蘊藏著巨大的真空零點能。也就是在絕對零度、沒有任何粒子、空間和時間的的虛空中,存在著巨大本底能量,正是基于此,才存在誕生宇宙的可能。
這些能量不斷地以虛粒子對方式出現(xiàn),這些正反粒子對一出現(xiàn)就相互湮滅了。如果這些能量是一個完美的平衡對稱狀態(tài),宇宙就不會出現(xiàn)。那么為什么宇宙會出現(xiàn)呢?早前的科學家們一直迷惑不解,楊振寧、李政道上世紀發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)立的宇稱不守恒定律,為解釋宇宙出現(xiàn)撕開了一道口子。
量子力學認為,本底能量以量子泡沫的方式隨機涌動,虛粒子對在基本對稱守恒狀態(tài)下不斷湮滅,但這種守恒對稱是不完美的,偶爾出現(xiàn)了對稱性破缺,有那么一個虛粒子沒有湮滅,于是出現(xiàn)了宇宙奇點,這個奇點迅速膨脹(爆炸),隨后能量不斷轉化為物質,就有了我們今天的宇宙和時空。
因此,在絕對零度狀態(tài)下,現(xiàn)代量子力學認為依然會有具有巨大的本底能量存在,但時空是不存在的。既然時空都不存在了,何談時間會不會停止?因此不是停止,而是烏有。
絕對零度無法達到,只能無限逼近
宇宙中沒有發(fā)現(xiàn)絕對零度存在。宇宙微波背景輻射溫度約為3K,也就是-270.15℃;目前認為宇宙最冷的地方是距離我們5000光年的一個原行星云,叫布莫讓星云,也叫回力棒星云。這個星云有點像一個領結,那里的溫度測得為1.15K(-272℃),是已知自然界中的最低溫度的地方。
科學家們在實驗中,通過制造170*10^-9K低溫,也就是170nK(-273.14999983℃),實現(xiàn)了物質的玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)。這是物質的一種新形態(tài),即玻色子原子(光子、膠子、銣-87原子等),在冷卻到接近絕對零度時,所呈現(xiàn)出的一種特殊狀態(tài),具有氣態(tài)、超流、超導等特性。
由德國、美國、奧地利等國科學家聯(lián)合組成的一個科研小組,在實驗室創(chuàng)造了0.5nK(納開)的低溫記錄,這個只比絕對零度高20億分之1K的低溫,被吉尼斯論證為世界最低溫度記錄。這項研究成果刊登在2003年9月12日版的《科學》雜志上。
NASA(美國航天局)宣稱,將在國際空間站的一項實驗中,創(chuàng)造出100億分之1K的超低溫,以最大限度降低粒子移動速度,將波色-愛因斯坦凝聚態(tài)的觀測時間能夠延長到10秒鐘。這已經比地面觀測延長了許多倍,足以讓科學家們分析和掌握這種奇異物質的更多特性。
這項實驗在2018年5月21日開始,據(jù)稱到2020年結束,最終是否達到了目標,沒有確切的報道。
這里特別提示,人類創(chuàng)造接近零度的超低溫,各位千萬不要以為是一個很大的空間,實際上是人眼都無法看到的一個微觀世界,是科學家們在高度真空的磁阱中,制造出來的原子級及亞原子級別的超低溫,一個針尖大都沒有,而且只有瞬時存在,但可以被極其精密的儀器所探測和拍攝到。
不管怎樣,人類正在不斷創(chuàng)造出無限逼近絕對零度的低溫,但根據(jù)相關理論,永遠也達不到真正的絕對零度。
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