为什么最低温度不能突破零下273?

为什么最低温度不能突破零下273?
为什么最低温度不能突破零下273?

为什么最低温度不能突破零下273?
绝对最低温度为-273.15摄氏度,这也是物质能达到的最低温度,亦称为绝对零度..这种温度只能无限接近,无法达到,一旦到达此温度,空气会成了固体.
1、什么是绝对零度?
在此温度下,构成物质的所有分子和原子均停止运动.所谓运动,系指所有空间、机械、分子以及振动等运动.还包括某些形式的电子运动,然而它并不包括量子力学概念中的“零点运动”.除非瓦解运动粒子的集聚系统,否则就不能停止这种运动.从这一定义的性质来看,绝对零度是不可能在任何实验中达到的,但目前科学家在实验室中已经达到离绝对零度仅百万分之一摄氏度的低温.所有这些在物质内部发生的分子和原子运动统称为“热运动”,这些运动是肉眼看不见的,但是我们会看到,它们决定了物质的大部分与温度有关的性质. 正如一条直线仅由两点连成的一样,一种温标是由两个固定的且可重复的温度来定义的.最初,在一标准大气压(760毫米水银柱,或760托)时,摄氏温标是定冰之熔点为0℃和水之沸点为100℃,绝对温标是定绝对零度为oK和冰之熔点为273K,这样,就等于有三个固定点而导致温度的不一致,因为科学家希望这两种温标的度数大小朝等,所以,每当进行关于这三点的相互关系的准确实验时,总是将其中一点的数值改变达百分之一度. 现在,除了绝对零度外,仅有一固定点获得国际承认,那就是水的“三相点”.1948年确定为273.16K,即绝对零度以上273．16度.当蒸气压等于一大气压时,水的正常冰点略低,为273．15K(＝o℃＝320°F),水的正常沸点为373.15K(＝100℃＝212°F).这些以摄氏温标表示的固定点和其他一些次要的测温参考点(即所谓的国际实用温标)的实际值,以及在实验室中为准确地获得这些值的度量方法,均由国际权度委员会定期公布.
1848年,英国科学家威廉·汽姆逊·开尔文勋爵（1824～1907）建立了一种新的温度标度,称为绝对温标,它的量度单位称为开尔文（K）.这种标度的分度距离同摄氏温标的分度距离相同.它的零度即可能的最低温度,相当于摄氏零下273度（精确数为-273.15℃）,称为绝对零度.因此,要算出绝对温度只需在摄氏温度上再加273即可.那时,人们认为温度永远不会接近于0K,但今天,科学家却已经非常接近这一极限了.
物体的温度实际上就是原子在物体内部的运动.当我们感到一个物体比较热的时候,就意味着它的原子在快速动动：当我们感到一个物体比较冷的时候,则意味着其内部的原子运动速度较慢.我们的身体是通过热或冷来感觉这种运动的,而物理学家则是绝对温标或称开尔文温标来测量温度的.
按照这种温标测量温度,绝对温度零度（0K）相当于摄氏零下273.15度（-273.15℃）被称为“绝对零度”,是自然界中可能的最低温度.在绝对零度下,原子的运动完全停止了,并且从理论上讲,气体的体积应当是零.由此,人们就会明白为什么温度不可能降到这个标度之下,为什么事实上甚至也不可能达到这个标度,而只能接近它.
自然界最冷的地方不是冬季的南极,而是在星际空间的深处,那里的绝对温度是3度（3K）,即只比绝对零度高3度.
这个“热度”因为实际上我们谈到的温度总是在绝对零度之上）是作为宇宙起源的大爆炸留存至今的热度,事实上,这是证明大爆炸理论最显著有效的证据之一.
在实验室中人们可以做得更好,能进一步地接近于绝对零度,从上个世纪开始,人们就已经制成了能达到3K的制冷系统,并且在10多年前,在实验室里达到的最低温度已是绝对零度之上1／4度了,后来在1995年,科罗拉多大学和美国国家标准研究所的两位物理学家爱里克·科内尔和卡尔威曼成功地使一些铷原子达到了令人难以置信的温度,即达到了绝对零度之上的十亿分之二十度（2×10-8K）.他们利用激光束和“磁陷阱”系统使原子的运动变慢,我们由此可以看到,热度实际上就是物质的原子运动.非常低的温度是可以达不到的,而且还要以寻求“阻止”每一单个原子运动,就像打台球一样,要使一个球停住就要用另一个球去打它.这了弄明白这个道理,只要想一想下面这个事实就够了.在常温下,气体的原子以每小时1600公里的速度运动着,而在3K的温度下则是以每小时1米的速度运动着,而在20nK（2×10-8K）的情况下,原子运动的速度就慢得难以测量了.在20nK下还可以发现物质呈现的新状态,这在70年前就被爱因斯坦和印度物理学家玻色（1894～1974）预见了.
事实上,在这样的非常温度下,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.
2、超低温现象
当环境温度在接近绝对零度（约零下一二百摄氏度）的时候,许多物质都会呈现出与平时截然不同的奇妙现象,这就是超低温现象.
当温度达到零下190多摄氏度时,空气会变成浅蓝色的液体,鲜花放进液态空气中浸一下,就会变得玻璃一样脆,一摆动就叮当直响；鸡蛋石蜡等在液态空气中会发光.
金属在超低温下也会变得面目全非：水银（汞）在常温下是银色的液体,但是一旦把它放进超低温下,立即就会冻成“大头针”；铅在常温下是软绵绵的,超低温下却变得富有弹性；铅制作的铃铛在常温下摇起来像闷葫芦,用液态空气浸泡过后,摇起来却发出银铃般的清脆响声；锡和铅恰恰相反,好端端的锡壶在超低温下会变成煤灰似的一团粉末.例外的是铜,它在常温下和超低温下均能保持很好的韧性和强度,所以许多超低温设备常用铜制作.
自1911年以来,科学家发现许多金属在超低温下会呈现“超导现象”,即金属失去电阻!目前世界上的电能大约有四分之一损耗在输电电路上,一旦制作成没有电阻的导线并成功大范围投入使用,那就意味着全世界发电量增加了四分之一!
超低温下还存在超流现象.超流体是超低温下具有奇特性质的理想流体,即流体内部完全没有粘滞.超流体所需温度比超导还低.氦有两种同位素,即由2个质子和2个中子组成的氦4和由2个质子和1个中子组成的氦3.液态氦-4在冷却到2K以下时,开始出现超流体特征.
超低温现象还有许多广泛的运用与诱人的发展前景,相信不久的将来超低温现象会为我们人类带来更多的好处!