冰冻一切物体,就连光都不放过!零下273.15℃到底有多可怕?

物质的温度取决于构成物质的粒子动能,这些粒子越活泼、动的越快、动能越高,那么物质的温度就升高了。反之,当粒子不想动的时候,温度自然就会变低了。

那世界上温度最高的东西是什么?太阳的表面温度可达5772 K(5505 °C),每秒钟释放出来的热量是整个太阳系的能量来源。太阳是宇宙中最热的存在吗?

(图1)


显然不可能,宇宙中不只太阳这一颗恒星,有些恒星的亮度甚至是太阳的几百倍,那么恒星是宇宙中最热的热源吗?

(图2)


答案自然也是否定的,仅次于宇宙大爆炸的伽马射线暴,它在短短几秒钟的时间内,所释放出的能量就相当于几百个太阳一生中所释放出的能量总和。而创造了整个宇宙的大爆炸,产生的能量肯定要比伽马射线暴更加恐怖。

(图3)


由此可见,温度没有最高只有更高,那么,温度最低的东西是什么?

最低温度

前文我们提到,温度的高低取决于粒子的动能大小,粒子可以动得非常快,那么粒子有没有一动不动的可能?

的确有,当粒子动能低到量子力学最低点时,物质就会达到它能达到的最低温度,并且再也不会更低了

(图4)


这个温度就是绝对零度(absolute zero),虽然名字里带着零度,但这个温度可绝对比让水结冰的0 °C要低得多,绝对零度是热力学的最低温度,当达到零下273.15°C(0K)时,所有粒子都会被静止,就连光束中的粒子都难逃一劫,也就是说,这个温度就连光都会被冻住。

如何冷冻光线?

然而,这个温度是仅存于理论里的,根据热力学定律,绝对零度永远都无法达到,粒子只能无限逼近,而不能完全静止

(图5)


这是因为任何空间必须存在热量,而热量必然在不断进行着转换而不是消失,除非有一个从诞生之初就没有任何热量的空间,构成这个空间的所有粒子完全不会振动,且总体积为零。

(图6)


这样的空间是不存在的,这也就导致绝对零度只是存在于理论中的温度

等会儿,虽然你说绝对零度不存在,但你不是说可以无限逼近吗?有没有这样冷的东西存在呢?

宇宙最冷的地方在哪里?

在距离地球5000光年的地方,存在着一个名为“回力棒”的星云(Boomerang Nebula),经过科学家的测量,这个星云的温度为零下272.15°C(1K),仅比绝对零度高1°C

(图7)


这个星云是如何产生的?它怎么会这么冷?其实原因很简单,这片星云是从一颗恒星的核心逃逸出来的气体形成的,因为向外逃逸的速度可达每秒164公里,这让气体在宇宙中迅速膨胀,这就是为什么它的温度会下降得那么快。

你有没有发现哪里不对?星云温度降低是因为膨胀,但是,这片星云以及我们自己生活着的宇宙,也处于膨胀之中。

(图8)


自从大爆炸发生之后,宇宙的温度就在不断变低。在一个紧密的盒子中,粒子可以运动得很快,但随着空间的变大,粒子的运动速度就逐渐变慢了,粒子动能的减少就导致了宇宙温度的降低

(图9)


但是不要担心,按照科学家的说法,除非宇宙在爆炸时创造了一个没有任何热量的空间,那么宇宙才有可能达到绝对零度。虽然宇宙的温度在降低,但是它的能量只会转换而不会消失。


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