宇宙的最低温度,为何被锁死在-273.15摄氏度?

如果告诉你水的结冰温度是273.15度,相信大多数人都觉得这在胡说八道。

不过从某种意义上说,这种说法似乎更讲道理,因为这里所说的温度标准和我们日常所用的摄氏度有所不同,而是采用的开尔文温标,简称开氏温标,用K来表示单位。

又被称为绝对温标,因为这一温度标准中的0度其实是摄氏温度标准中的负273.15度,就是我们所说的绝对零度。

宇宙的最低温度,为何被锁死在-273.15摄氏度?

既然如今宇宙中万事万物可能存在的温度,都在这一绝对零度之上。那么这个绝对零度究竟是如何得出来的呢,又是如何知晓,不会存在比之更低的温度呢?

我们都知道摄氏温度的确定方法是以水结冰时的温度为0摄氏度,以水沸腾汽化的温度为100摄氏度,然后将中间的差额分成100份,就形成了100摄氏度的区间,当出现比0摄氏度更低的温度时,就用负数来表示,也就是我们日常所说的零下多少度。

宇宙的最低温度,为何被锁死在-273.15摄氏度?

那么既然摄氏温度有零下,凭什么开氏温度就没有零下?这是因为开氏温度相比于摄氏温度的每一度标准并没有区别,二者之间的换算,也仅需要在摄氏温度的基础上加273.15就可以得到开氏温度。

虽然按理说,这个开氏温度的测量标准,其实并没有什么特殊的价值,反正都可以换算。但其实,恰恰是因为这个273.15度差额的得出过程,才真正揭示了宇宙中最低温度不可能低于负273.15摄氏度的真相!

宇宙的最低温度,为何被锁死在-273.15摄氏度?

我们在说摄氏温度确定标准的时候,是隐去了一个重要的条件,就是一定是在一个标准大气压之下。

而开氏温标的诞生,也同样与大气压相关,最早于1787年,一名法国的物理学家雅克·查理,在实验中发现了一个惊人的规律,就是压强不变的情况下,气体的温度每升高1度,体积就增加约273分之一。

反之每降低一度,气体的体积就减小273分之一,而这个与绝对零度数值极其相似的数字,很明显的说明这两者之间存在着某种联系,可这联系是什么呢?

宇宙的最低温度,为何被锁死在-273.15摄氏度?

气体温度升高降低会影响气体体积,究竟和绝对零度有什么密切关联?这个宇宙中不可能达到的温度又究竟有何价值?

热胀冷缩是每一个小学生都知道的物理知识,特别是对于气体这一现象更为明显,但是很少有人知道它和绝对零度之间的关系。

在雅克·查理发现气体温度升高降低和气体体积之间,存在增加或减少273分之一的规律之后。

1802年,英国的物理学家盖·吕萨克,参考此规律提出了查理定律,并进一步影响了后来于1848年提出的开氏温标。

那么这一规律究竟是如何得出最低的绝对零度呢?

首先在进入19世纪中叶前后,随着测量技术的进一步提升,使得该规律下测量出的气体膨胀或压缩的体积系数为273.15。

也就是说气体每下降1摄氏度,体积就会减少273.15分之一,那么如果假设在0摄氏度时,有一团1立方米的气体,当这些气体不断下降到负273.15度时,不断压缩减少的气体体积就将为0。

而我们知道无论怎么压缩,气体的极限体积哪怕再小也不可能为0,因此得出的绝对零度将只会是一个理论值,现实中不可能存在这一温度,不过却可以无限接近于这一低温。

宇宙的最低温度,为何被锁死在-273.15摄氏度?

那么将温度无限接近于绝对零度又究竟有什么意义呢?

后来的科学家在进一步的研究中发现,温度的本质是物体内部粒子热运动的激烈程度。

就是绝对零度时,物体内部的粒子运动也为零,所有粒子完全不动。

而在不断接近这一绝对零度的条件下,就出现了非常特别的金属超导现象,也就是导电金属这时的电阻会变为0,这样的超导体不仅可以使得电力传输的损耗降到最低,而且可以在导体周围产生超强的磁场环境。

宇宙的最低温度,为何被锁死在-273.15摄氏度?

这对于利用超导进行发电、输电、储电,以及发展超导磁悬浮、核磁共振等各类技术都具有极大意义。但是这样的低温很难在现实中取得应用成功。

宇宙的最低温度,为何被锁死在-273.15摄氏度?

所以现在也有很多研究机构在研究常温超导,但不管怎么说,绝对零度的发现让我们更清楚的认识了宇宙低温的极限,也才进一步的发现了超导可以实现的可能。


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