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雷克整理好所有的防护服,“低温可不像高温那样,动不动就上千摄氏度,就像太阳表面,据推测至少有5000c之高,目前我们所知的最低温度就是开尔文0开氏度,也就是绝对零度-273.15c。”
“零下273.15c?我们刚刚参观的实验室最低温度都能到零下215c,这距离绝对零度只有不到60摄氏度的距离,这应该很容易实验才对啊?”千叶辉疑惑到。
余生摇了摇头说到:“在中国有句古话叫‘一百步半九十’,凡是越是到最后越是最艰难的。”
雷克点点头:“是的,往下每低一度都非常困难,根据热传导原理,如果我们想让一个东西的温度变低,我们需要找温度更低的东西和它放在一起就可以,但是我们地球上根本没有绝对零度的东西,就目前科技而言,只能接近但永远达不到绝对零度。”
“好吧,但是雷克前辈,那么为什么非要达到绝对零度呢?您一直在说绝对零度可以让我么的生命在时间中静止,是什么理论呢?”千叶辉眨着好奇的小眼睛疑惑到。
雷克坐在沙发上,抬头看着那张土卫六星的照片壁画,缓缓说到:“绝对零度。你们应该首先了解一下理论中什么才是绝对零度。”
两人齐齐摇头,虽然余生和千叶辉肯定也是听说过绝对零度和-273.15c是最低温度这些名词的,但是对于决定零度的具体概念其实并不是很了解。
雷克像他们解释到:“0开氏度约等于摄氏温标零下273.15摄氏度,也就是0开氏度,在此温度下,物体分子没有动能和势能,动势能为0,故此时物体内能为0。”
“也就是说物体内部处于绝对的静止状态,一个分子,一个原子、一个电子都一动不动,哪怕方法一万倍、十万倍去观察这个物体的内部,也不会有在动的任何东西。”
“物体不会发出一丝热量。”
余生思考着这个这个问题:“如果物体绝对静止,而且不会发出一丝热量,那他一定是黑色的!没有一丝反光的绝对的黑色。”
“哦?对啊余生组长,光是运动的物质。”
雷克点点头说到:“是的,物质的温度取决于其内原子、分子等粒子的动能。根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布,粒子动能越大,物质温度就越高。理论上,若粒子动能低到量子力学的最低点时,物质即达到绝对零度,不能再低。如果没有任何动能的物体,一定不会发出任何光芒,折射也可能不会。”
“然而,绝对零度是不可能达到的最低温度,自然界的温度只能无限逼近。如果到达,那么一切事物都将达到运动的最低形式。因为任何空间必然存有能量和热量,也不断进行相互转换而不消失。所以绝对零度是不存在的,除非该空间自始即无任何能量热量。在绝对零度下,原子和分子拥有量子理论允许的最小能量。”
“最小能量?”余生表示疑问。
“哦,这个能量可能无限接近于0。量子力学中玻色-爱因斯坦凝聚的温度的170*10^(-9)k。”
“根据能量守恒,这个物质将是个只有质量几乎没有能量的物质。在绝对零度之下,物质呈现的既不是液体状态,也不是固体状态,更不是气体状态,而是聚集成唯一的“超原子”,它表现为一个单一的实体。”雷克回答。
“这个绝对零度是-273.15c这件事儿,是怎么测出来的呢?”千叶辉对这个数据点来源非常感兴趣,她必须是学能源学的,热传递在能源学中这至关重要,所以了解绝对零度将会对自己的能源认知有更深的了解。
作为目前整个地球上都数一数二的冷冻专家阿德雷克,自然对绝对零度的所有事情都一清二楚,他回答到:“绝对零度是根据理想气体所遵循的规律,也就是即理想气体状态方程,用外推的方法得到的。具体的方程式有空我可以写给你们,当然你们也可以自己在阿云那查找。”
“用这样的方法,当温度降低到-273.15c时,气体的体积将减小到零。如果从分子运动论的观点出发,理想气体分子的平均平动动能由温度t确定,那么也可以把绝对零度说成是‘理想气体分子停止运动时的温度’。”
“事实上一切实际气体在温度接近-273.15c时,将表现出明显的量子特性,这时气体早已变成液态或固态。总之,气体分子的运动已不再遵循经典物理的热力学统计规律。通过大量实验以及经过量子力学修正后的理论导出,在接近绝对零度的地方,分子的动能趋于一个固定值,这个极值被叫做零点能量。这说明绝对零度时,分子的能量并不为零,而是具有一个很小的数值。原因是,全部粒子都处于能量可能有的最低的状态,也就是全部粒子都处于基态。”
“比如由于水的三相点温度是0.0076c,因此绝对零度比水的三相点温度低273.16c。”
千叶辉点点头,表示大体了解。
雷克继续阐述到:“很多科学家在研究中,发现了一些奇妙的现象。氦是目前已知自然界中最难液化的物质,在-268.9c时变为超液态,当温度持续降低时,原本装在瓶子里的液体,轻而易举地从瓶子壁上溢到了瓶外,继而出现喷泉现象,液体的粘滞性也消失了。”
“您是说最惰性的气体氦会变成液体穿墙?”余生惊讶到。
“是的,不仅仅是墙,玻璃、金属都拦不住它,它都可以穿过去。”雷克回答到。
“那么穿墙术存在理论的可能性?”余生也有些兴奋。
雷克说:“当然有这种可能性,随着温度的降低,物质的体积一般都会缩小,因为原子和原子间的距离会无限缩小,甚至是紧紧挨在一起,所以物质的分子体积会变得非常之小。”
“你们可以把我们整个太阳系想象成一个分子,九大行星都是原子,太阳如果熄灭,没有温度输出,我们整个太阳系处于绝对零度状态,我们的九大行星会变成紧贴着太阳的状态,相互之间的距离小得可怜。”
“所以绝对零度下的物体,分子体积一定也是最小的,所以穿墙不在话下。”
“如果达到绝对零度会怎样?”千叶辉好奇的问到,虽然她自己心中已经有了自己的答案。
雷克没有直接回答这个问题,而是说到另外一个问题:“其实关于绝对零度,还有一个叫‘真空零点能’的概念。”
“真空零点能?”余生对这个非常感兴趣。
雷克回答到:“在绝对零度下,任何能量都应消失。可就是在绝对零度下,依然有一种能量存在,这就是真空零点能。”
“真空零点能,因在绝对零度下发现粒子的振动而得名。这是量子真空中所蕴藏着的巨大本底能量。”
“海森堡不确定性原理指出:不可能同时以较高的精确度得知一个粒子的位置和动量。因此,当温度降到绝对零度时粒子必定仍然在振动;否则,如果粒子完全停下来,那它的动量和位置就可以同时精确的测知,而这是违反测不准原理的。这种粒子在绝对零度时的振动所具有的能量就是零点能。”
“如果真的有物质是真空零点能的存在,根据热传导,所有有能量的物质是不是就会被它吸引进去?”余生提出了这样一个假设。
雷克眼前一亮。