为什么绝对零度不可达到？



绝对零度的不可达性在摄氏温标中，冰的熔点被定义为0度，而华氏温标则将冰点定在32度以下。两种温标都允许温度低于0度。随着18世纪的进展，科学家们开始相信热量可能是无限的，但冷度似乎有一个极限。这个极限被认为是一种无法超越的“绝对零度”，于是开尔文引入了开氏温标，其中的绝对零度是不可超越的。这个“绝对”在物理学上意味着不可达到。 查理定律揭示了理想气体的冷却特性：每下降1摄氏度，其体积会缩小到0摄氏度时的1/273。如果这个过程持续下去，理想气体将会在-273摄氏度时体积减到零，但这是不可能的，因为这意味着气体的完全消失。这是绝对零度的第二个不可达的理由。实际上，当气体冷却到一定程度，它首先会变成液体，然后进一步冷却成为固体。 开尔文将温度视为物质分子运动速度的度量。物质越冷，分子运动越慢，直到它们完全静止。因此，-273摄氏度代表了一种真正的零度。这是绝对零度“绝对”的第三个涵义。由于热运动是物质分子和原子的各种运动，包括空间、机械、分子和振动运动，以及某些电子运动，但排除了量子力学中的“零点运动”。除非打破粒子集合体，否则这种运动无法停止。因此，绝对零度在实验中是不可能达到的，但科学家已经能够达到其上方百万分之一度的低温。 摄氏和开氏温标都由两个固定的温度点来定义，这两个点在标准大气压下冰的熔点和水的沸点。然而，为了保持两个温标的一致性，这三个固定点的数值有时需要调整。现在，除了绝对零度外，水的“三相点”是唯一获得国际认可的固定点。 绝对零度是自然界中可能的最低温度，在此温度下，所有物质分子和原子的运动都停止了。这个温度等于摄氏零下273.15度，是物理学中一个重要的概念。尽管人们曾经认为温度永远不会接近0K，但科学家们已经非常接近这一极限。物体的温度实际上就是原子在物体内部的运动速度，我们可以通过热或冷的感觉来感知这种运动，而物理学家则使用绝对温标来测量温度。 在实验室中，人们已经能够接近绝对零度，制成了能达到3K的制冷系统。在1995年，科学家们甚至使一些铷原子达到了2×10^-8K的温度。在这样低的温度下，物质呈现出新的状态，这早在70年前就被爱因斯坦和印度物理学家玻色预见到了。在这些非常温度下，物质既不是液体也不是固体，也不是气体，而是聚集成唯一的“超原子”，表现为一个单一的实体。