爲什麽無法達到絕對零度?如果達到,宇宙就滅亡了!

宇宙時空探索 2024-04-16 15:51:17

大家應該都知道,宇宙中存在最低溫絕對零度,零下273.15度,宇宙中任何環境的溫度都要比絕對零度高,哪怕只是高那麽一點點,無限接近絕對零度,但就是達不到絕對零度。

這種特性與光速不可超越是一樣的,在宇宙中任何物體的速度都不可能超過光速,而且任何具有靜質量的物體速度都無法達到光速,只能盡可能接近光速。

人類能創造出非常接近絕對零度的低溫,僅比絕對零度高了十億分之一度,但就是無法達到絕對零度。十億分之一度這麽微小的差異,千萬不要以爲努力一把就能達到絕對零度了,實際上那是無法逾越的鴻溝。

問題來了,爲什麽就是無法達到絕對零度呢?首先要了解什麽是溫度。

溫度,是衡量物體冷熱程度的物理量,但這種模糊的定義相當于沒說。具體來講,溫度是衡量微觀粒子運動快慢的物理量,也就是內能。微觀粒子的運動速度越快,物體的溫度就越高,反之就越低。

理論上分析,當微觀粒子的速度降爲零,也就是處于絕對靜止的狀態,物體的溫度就是絕對零度。問題就在于,微觀粒子一直都在做無規則運動,不可能處于絕對靜止的狀態。

從量子力學角度來講,我們還可以更嚴謹地分析爲什麽微觀粒子不可能絕對靜止。因爲微觀世界存在不確定性,具體來講就是微觀粒子的位置和速度是不確定的,兩者不確定性的乘積必須不小于一個常數。

當然,這個常數非常小,不過還是比零要大。

不確定性原理就告訴我們,微觀粒子的速度不可能是零,否則就違反了不確定性原理了。因此微觀粒子永遠在運動,宏觀物體的溫度當然不可能達到絕對零度。

不過,有人總是想知道,假如達到絕對零度,會發生什麽呢?

簡單講,一旦達到絕對零度,宇宙就死亡了,一切都不存在了。時間和空間也都會消失。

爲什麽會出現這麽恐怖的結果呢?

絕對零度意味著,宇宙中的萬事萬物都處于絕對靜止的狀態,沒有任何的能量交換了,時間和空間都處于絕對停滯的狀態,實際上就是變得毫無意義了。

盡管科學家們知道絕對零度無法達到,但仍舊會在實驗室中通過各種方式制造出接近絕對零度的環境,當然這樣做的目的不是爲了突破絕對零度的限制,只是想知道當物體的溫度接近絕對零度時,到底會發生什麽。

實際上,真的會發生很多神奇效應。當物體的溫度逐漸靠近絕對零度時,就會呈現出一種新的物質形態,玻色-愛因斯坦凝聚態,也是物質的第五種形態。該形態下的物質,會出現很多在我們看來違背常識的現象,比如說超流體現象。

比如液氦,在溫度足夠低時,就表現出一種超流體的特征,完全缺乏黏性,如果將超流體液氦放置于環狀的容器中,在沒有外力推動的情況下,它可以不停地流動。它能以零阻力通過微管,甚至宛若生物一樣,能從杯中向上爬上杯口,溜出杯子。這種反重力的行爲實在叫人感到不可思議。

宇宙存在絕對零度的最低溫,那麽有沒有高溫限制呢?

有人會認爲高溫可以無限高,沒有限制,實際上並不是這樣的。宇宙中也存在高溫限制,也就是所謂的“普朗克溫度”,那是宇宙大爆炸發生一個普朗克時間的溫度。

普朗克時間,是有意義的最小時間單位,因爲普朗克溫度是有意義的最高溫度。或許宇宙大爆炸發生一個普朗克時間之前的溫度會高于普朗克溫度,但那樣的溫度對于我們來講是沒有意義的。

普朗克溫度只發生過一次,就是在宇宙大爆炸發生一個普朗克時間時出現的,之後的宇宙溫度都比普朗克溫度要低,這個溫度高達1.4億億億億度。普朗克溫度與光速,普朗克質量,玻爾茲曼常數有關。

話說回來,由于宇宙的壽命也是有限的,那麽等到宇宙走向終結的那天,溫度會不會到絕對零度呢?

理論上有可能的,等到宇宙死亡的那天,萬事萬物都消失了,包括時間和空間本身都終結了,萬物都處于絕對靜止的狀態,能量也消失殆盡,那很可能就是一個讓人窒息讓人無法想象的極度低溫狀態,絕對零度。

不過,我們絲毫無需擔心那一天的到來,因爲宇宙的終結只會發生在極其遙遠的未來,遙遠到我們無法想象。最大質量黑洞的壽命大約爲10的1000次方年,等到最後一個黑洞死亡後,基本就宣告宇宙的滅亡了。

而我們的太陽在大約50億年後就走向終結了,那時候人類文明還在不在,都是一個大問題!

完。

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宇宙時空探索

簡介:用通俗的語言诠釋科學