在絕對零度的溫度下,光會被凍結嗎?科學家給出肯定答案

引言:大家都知道水在低溫條件下會結冰,金屬水銀也會凝固,甚至在更低的溫度下,連空氣都能被液化,甚至變成固態的氮氣,氧氣等等。所以鄰居街坊流傳著一種說法,任何物質都會被絕對零度凍結,這是真的嗎?連光也逃脫不了嗎?

在絕對零度的溫度下,光會被凍結嗎?科學家給出肯定答案

要想了解這個問題,我們首先要知道絕對零度是個什麼東西。從溫度的概念開始被人們所認知的時候,人們通常都是用攝氏度或者華氏度作為溫度的單位。一攝氏度的含義就是在一個標準大氣壓下,冰水混合物的溫度就是0度,水沸騰的溫度為100攝氏度,然後在這個區間分成了一百等份,而這一小份就是一攝氏度了。從外表看來一個物體從高溫到低溫的宏觀表現是從發光發熱發紅,到發黑發藍等冷色調。那麼到底是什麼原因讓物體的溫度發生改變呢?

在絕對零度的溫度下,光會被凍結嗎?科學家給出肯定答案

從微觀的角度來說,物體的溫度其實就是內部粒子運動的活躍程度。麥克斯韋-玻爾茲曼分佈告訴我們,物體的溫度越高,物體內部的粒子動能就越高。如果我們用一個平面直角座標系來表示二者的關係,我們可以看到物體粒子的動能隨著溫度的降低而下降。當物體粒子的動能為0的時候,此時的溫度為絕對零度,即零下273。15攝氏度。但是標準的畫法中,我們會把靠近絕對零度的一段直線畫為虛線。因為以目前的科技水平,我們還無法在日常生活中達到這個條件。

在絕對零度的溫度下,光會被凍結嗎?科學家給出肯定答案

那麼我們要怎樣才可以接近甚至達到絕對零度呢?在我們的日常生活中,我們最常見的降溫裝置就是冰箱與空調。沒有它們,我們很多人可能要在夏天的時候怨聲載道了。但是僅憑這兩種裝置,距離絕對零度還有很大的距離。目前家用的電冰箱,最多隻可以降到零下18攝氏度左右。於是專家想盡了各種辦法,製造超低溫冰箱也只能降到零下40攝氏度,利用液氮作為導熱媒介可以降到零下196攝氏度,利用更冷的媒介液氦也只能降到零下268。9攝氏度,難道真的沒有辦法了嗎?

在絕對零度的溫度下,光會被凍結嗎?科學家給出肯定答案

機智的科學家當然不會就此作罷,他們想到既然不能降到絕對零度使物體粒子的動能降為零,那就反其道而行之,只要想辦法將物體的粒子動能降為零,那不就達到絕對零度了嗎?於是科學家發明了鐳射製冷。很多人一看到鐳射製冷,腦海裡第一印象都是能量強大的鐳射武器,這與製冷毫不相關啊。鐳射製冷利用多普勒效應降低粒子的能量,達到粒子製冷的目的。但即使是這樣,由於能量守恆定律,總是會有能量的損失,所以只能達到零下273。14999度,無法達到絕對零度。

在絕對零度的溫度下,光會被凍結嗎?科學家給出肯定答案

如果人類有一天能夠製造出降到絕對零度的製冷裝置,那麼會對我們有什麼影響呢?目前宇宙中物質存在的形態只有四種,就是我們常見的固態,液態和氣態,以及在高溫狀態下的等離子態。如果在絕對零度的條件下,第五種玻色-愛因斯坦凝聚態以及第六種費米子凝聚態都會實現。而光子就是玻色子,所以在絕對零度的時候,光會存在玻色-愛因斯坦凝聚態,變成冷光子超流體,就像我們傾倒水銀一樣。就像人類無法達到光速一樣,絕對零度也是人類很難觸及的溫度。

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