网友提问:
如果有物体的温度低于绝对零度会怎样?
优质回答:
实验室目前还没做出过绝对零度
关于这个问题,我们要先搞清楚一点,那就是无论如何都不可能达到绝对零度。这是瓦尔特·能斯特提出的热力学第三定律,大意说的就是:
不可能透过有限过程使系统冷却到绝对零度。
(当然这里我所说的是纯粹的温度)
并且在2017年3月14号,物理学家强纳森·欧本海姆和路易斯·马撒纳斯通过数学证实了绝对零度是不可能达到的。
当然,科学家一般都是喜欢挑战定律的,只有反常的事情才有可能得出新的理论。于是,许多科学家在实验里试图做到绝对零度。比如:多国科学家一起合作的国际科研小组就在实验室里做到了仅比绝对零度高了0.5纳(10^-9)开的温度。
当然,大多数挑战绝对零度的实验无一例外,都只是无限接近了绝对零度,但其实都没有做成。而更不要说低于绝对零度了,可能你要说了,这是不是人类的水平有限,说不定有什么高级文明已经可以做到了。这种虚无缥缈没有证据的事情也没办法探讨。但是我们可以从理论上去了解为什么达不到绝对零度。
温度对我们来说,最大感受就是冷热,不过这是宏观的。对于热到底是什么,学者们也研究了很多很久,最早也的人认为这是一种物质,后来这种看法被实验否定了。而且对于温度更为本质的看法来自于热力学,也可以叫做统计力学。这是一种微观的视角,科学家认为冷热其实是一种运动,是微观粒子的平均动能的宏观体现。
说白了,你给一个加热,并不是传递给了它什么具体的东西,而是让它表面的粒子整体上看起来运动得更加剧烈而已,所以我们才会用粒子的平均动能来表述冷热。
知道了这些,我们也就能明白绝对零度到底怎么来的了,也就是说,让这些粒子都别动时,也就是没有平均动能或者说动能最低时,可能是温度最低的状态。
不过这里要补充一点,由于量子力学中的不确定性原理的存在,粒子是不可能完全静止的,如果真的达到了绝对零度,粒子应该停留在一定范围内振动。
所以,总不至于让粒子拥有负动能吧?毕竟也没有这样的概念和说法,因此,绝对零度其实已经是最低的温度了。我们的宇宙中由于有宇宙微波背景辐射的存在,也就是宇宙大爆炸时留下来的余热,在宇宙中传播,它自身温度是3开,因此,宇宙并不是绝对零度的。
那为什么达不到绝对零度呢?
我们可以想象一下,如果给一个物体进行降温。这其实和抽真空很像,常规的办法就是用个温度更低的东西来给这个物体进行降温,我们也管这个叫做热传递。如果从这个角度去思考,要让一个物体降到绝对零度岂不是就要拿一个低于绝对零度的物体来降温?可是,我们都做不到绝对零度,如何去拿一个低于绝对零度的物体来降温?
所以,用这样的办法是无法实现。当然,上文我也说到了,科学家是不信邪的,它们打算在原子层面上操作,以此来让每个原子近乎“静止”在一定的范围内,比如:激光冷却或者蒸发冷去。不过,用这些办法也没有能够成功。所以,在面对绝对零度这道坎,我们目前无法迈过去。而低于绝对零度则更是不可能的,因为根本不存在那样的微观状态,所以也就不可能体现到宏观世界当中。
当然,有的人可能会提到“负温度”的概念,实际上目前已经证明在已知的系统中是不存在负温度,“负温度”的概念更多的是一种数学表述的手法,实际上即使存在这样的系统,这个系统的温度也绝对不是绝对零度,而是要高于绝对零度,这和“熵”以及“能量状态”有关,由于目前还有争议,就不过多讨论。
因此,按照目前的理论来看,绝对零度是达不到的,更不要说低于绝对零度了。
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这种问题问的有毛病。所谓的绝对零度就是指整个宇宙都失去一切导体、失去了一切光明、失去了一切运动、失去了一切能差的释放才能达到的温度。从极端的角度上说,绝对零度只能是整个宇宙统一达到的温度,就算整个宇宙中那怕还有一个基本粒子还在做着微弱的热运动,哪么整个宇宙的温度也是要高于绝对零度的。所以绝对零度就是绝对零度,怎么还会有低于绝对零度的温度?可以说提出这样问题的人根本就不懂得什么叫作绝对零度!
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绝对零度就表示物体的分子运动已经完全停止,这其实是做不到的,更不要说绝对零度以下了。
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热力学被推翻,可以得诺贝尔奖!抓紧时间干吧!
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首先要知道绝对零度是怎么来的。
热力学有三大定律,热力学第一定律是能量守恒,热力学第二定律就是热功转换的不等价性,热力学第三定律就是绝对零度不可能达到。
热力学第三定律是依据热力学第二定律提出来的。由于热功的不等价性,使得出现了熵这个概念。在经典热力学中,一切自然系统的熵都是向着熵增方向进行的,即自发反应的熵增原理。这是宏观方向的,那么微观中是否会有熵增加原理呢。
如图中所示,在微观下,有四个分子,它们的排列方式有16种,均匀分布有6种,均匀分布的概率有6/16,是最大的。推加到一万个分子亦是如此。所以微观中总是向着分布形式多的方向进行,此即微观中的熵增加原理。
对此有一个波尔滋曼公式S=Πlnk,绝对零度时,k等于1,熵等于零,违反了热力学第二定律,所以绝对零度不可能达到,更不可能超越。