为什么说绝对零度是物体的最低温度?

众所周知,人类利用温度来表示物体的冷热程度。为什么说绝对零度是物体的最低温度呢?如果物体有最低温度,那么有没有最高的温度呢?

首先说一下绝对零度是多少呢?就是摄氏零下273.15°,如果用国际温度标准开尔文的话,那么绝对零度就是0开尔文了。


为什么说绝对零度是物体的最低温度?


要回答这个问题的话温度的概念就要扩展一下了。温度除了表达冷热程度,还可以理解为大量粒子随机运动剧烈程度的平均描述。当我们用手触摸一个物体的时候,这个物体表面的微粒正在剧烈地运动,我们皮肤上也有原子和分子。当两个一触碰,振动剧烈的一方会带动振动不那么剧烈的一方,这种刺激就会被神经传给大脑,经过大脑的加工,就会产生温度的感觉了。

所以说,我们感觉到的冷暖只是神经信号的再加工,并不属于物理属性。在描述一个物体的温度的物理属性只是说这个物体里面大量粒子的运动的剧烈程度而已。

理解了这一点之后,绝对零度的概念就简单了。粒子运动得越慢,总体上看温度越低。当运动得最慢的时候就是不运动了,没有办法比不运动的时候更加慢了,所以绝对零度的时候就是大量粒子的随机运动都停止了。


为什么说绝对零度是物体的最低温度?


什么时候粒子完全不运动呢?那是不可能的,物理学有一个不确定原理:物体的位置和动量是不能同时是确定的值的。当位置越来越精确的时候,动量就越是测不准,反之也是。一旦位置确定的时候,物体的速度就是无限大,那就相当于运动无限剧烈。而一旦速度确定的时候,物体的位置将是宇宙空间中任意的位置,所以根本找不到这个粒子了,更谈不上运不运动了。

因为有这个定律,所以绝对零度是不可能达到的,只能无限接近。那零下273.15°是怎么测出来的呢?因为在热力学的实验中发现,绝热过程中,保持气体压强不变,气体温度每下降1°C,气体的体积减少0°C时体积的273.15分之一,所以就推导出273.15这个数值了。

为什么说绝对零度是物体的最低温度?

那么物体的温度有上限吗?理论上来说是有的,只要有足够多的能量,大量的粒子运动得更加剧烈。运动得越快,总体上看温度越高。但是这个运动应该是有上限的,当运动的速度超过光速的时候,物理学特性开始失效了,这时候可能连组成物质的原子都没办法维持原来的结构了,你描述的物体已经不是它了,所以这个就是最高的温度了。这个温度也称为普朗克温度,约为1.41679×十^32 K,大概就是一亿亿亿亿度左右。

那么现在我们人类能制造的最低温度能到多少呢?大约是比绝对零度高十亿分之一度左右。可能未来通过把一些特殊状态的原子送到太空去将会突破这个温度,我们拭目以待吧。

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页面更新:2024-05-12

标签:绝对零度   普朗克   物体   动量   冷热   零下   粒子   物理学   原子   剧烈   气体   温度   程度   速度   位置

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