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第144章 絕對零度

雷克整理好所有的防護服,「低溫可不像高溫那樣,動不動就上千攝氏度,就像太陽表面,據推測至少有5000c之高,目前我們所知的最低溫度就是開爾文0開氏度,也就是絕對零度-273.15c。」

「零下273.15c?我們剛剛參觀的實驗室最低溫度都能到零下215c,這距離絕對零度只有不到60攝氏度的距離,這應該很容易實驗才對啊?」千葉輝疑惑到。

余生搖了搖頭說到︰「在中國有句古話叫‘一百步半九十’,凡是越是到最後越是最艱難的。」

雷克點點頭︰「是的,往下每低一度都非常困難,根據熱傳導原理,如果我們想讓一個東西的溫度變低,我們需要找溫度更低的東西和它放在一起就可以,但是我們地球上根本沒有絕對零度的東西,就目前科技而言,只能接近但永遠達不到絕對零度。」

「好吧,但是雷克前輩,那麼為什麼非要達到絕對零度呢?您一直在說絕對零度可以讓我麼的生命在時間中靜止,是什麼理論呢?」千葉輝眨著好奇的小眼楮疑惑到。

雷克坐在沙發上,抬頭看著那張土衛六星的照片壁畫,緩緩說到︰「絕對零度。你們應該首先了解一下理論中什麼才是絕對零度。」

兩人齊齊搖頭,雖然余生和千葉輝肯定也是听說過絕對零度和-273.15c是最低溫度這些名詞的,但是對于決定零度的具體概念其實並不是很了解。

雷克像他們解釋到︰「0開氏度約等于攝氏溫標零下273.15攝氏度,也就是0開氏度,在此溫度下,物體分子沒有動能和勢能,動勢能為0,故此時物體內能為0。」

「也就是說物體內部處于絕對的靜止狀態,一個分子,一個原子、一個電子都一動不動,哪怕方法一萬倍、十萬倍去觀察這個物體的內部,也不會有在動的任何東西。」

「物體不會發出一絲熱量。」

余生思考著這個這個問題︰「如果物體絕對靜止,而且不會發出一絲熱量,那他一定是黑色的!沒有一絲反光的絕對的黑色。」

「哦?對啊余生組長,光是運動的物質。」

雷克點點頭說到︰「是的,物質的溫度取決于其內原子、分子等粒子的動能。根據麥克斯韋-玻爾茲曼分布,粒子動能越大,物質溫度就越高。理論上,若粒子動能低到量子力學的最低點時,物質即達到絕對零度,不能再低。如果沒有任何動能的物體,一定不會發出任何光芒,折射也可能不會。」

「然而,絕對零度是不可能達到的最低溫度,自然界的溫度只能無限逼近。如果到達,那麼一切事物都將達到運動的最低形式。因為任何空間必然存有能量和熱量,也不斷進行相互轉換而不消失。所以絕對零度是不存在的,除非該空間自始即無任何能量熱量。在絕對零度下,原子和分子擁有量子理論允許的最小能量。」

「最小能量?」余生表示疑問。

「哦,這個能量可能無限接近于0。量子力學中玻色-愛因斯坦凝聚的溫度的170*10^(-9)k。」

「根據能量守恆,這個物質將是個只有質量幾乎沒有能量的物質。在絕對零度之下,物質呈現的既不是液體狀態,也不是固體狀態,更不是氣體狀態,而是聚集成唯一的「超原子」,它表現為一個單一的實體。」雷克回答。

「這個絕對零度是-273.15c這件事兒,是怎麼測出來的呢?」千葉輝對這個數據點來源非常感興趣,她必須是學能源學的,熱傳遞在能源學中這至關重要,所以了解絕對零度將會對自己的能源認知有更深的了解。

作為目前整個地球上都數一數二的冷凍專家阿德雷克,自然對絕對零度的所有事情都一清二楚,他回答到︰「絕對零度是根據理想氣體所遵循的規律,也就是即理想氣體狀態方程,用外推的方法得到的。具體的方程式有空我可以寫給你們,當然你們也可以自己在阿雲那查找。」

「用這樣的方法,當溫度降低到-273.15c時,氣體的體積將減小到零。如果從分子運動論的觀點出發,理想氣體分子的平均平動動能由溫度t確定,那麼也可以把絕對零度說成是‘理想氣體分子停止運動時的溫度’。」

「事實上一切實際氣體在溫度接近-273.15c時,將表現出明顯的量子特性,這時氣體早已變成液態或固態。總之,氣體分子的運動已不再遵循經典物理的熱力學統計規律。通過大量實驗以及經過量子力學修正後的理論導出,在接近絕對零度的地方,分子的動能趨于一個固定值,這個極值被叫做零點能量。這說明絕對零度時,分子的能量並不為零,而是具有一個很小的數值。原因是,全部粒子都處于能量可能有的最低的狀態,也就是全部粒子都處于基態。」

「比如由于水的三相點溫度是0.0076c,因此絕對零度比水的三相點溫度低273.16c。」

千葉輝點點頭,表示大體了解。

雷克繼續闡述到︰「很多科學家在研究中,發現了一些奇妙的現象。氦是目前已知自然界中最難液化的物質,在-268.9c時變為超液態,當溫度持續降低時,原本裝在瓶子里的液體,輕而易舉地從瓶子壁上溢到了瓶外,繼而出現噴泉現象,液體的粘滯性也消失了。」

「您是說最惰性的氣體氦會變成液體穿牆?」余生驚訝到。

「是的,不僅僅是牆,玻璃、金屬都攔不住它,它都可以穿過去。」雷克回答到。

「那麼穿牆術存在理論的可能性?」余生也有些興奮。

雷克說︰「當然有這種可能性,隨著溫度的降低,物質的體積一般都會縮小,因為原子和原子間的距離會無限縮小,甚至是緊緊挨在一起,所以物質的分子體積會變得非常之小。」

「你們可以把我們整個太陽系想象成一個分子,九大行星都是原子,太陽如果熄滅,沒有溫度輸出,我們整個太陽系處于絕對零度狀態,我們的九大行星會變成緊貼著太陽的狀態,相互之間的距離小得可憐。」

「所以絕對零度下的物體,分子體積一定也是最小的,所以穿牆不在話下。」

「如果達到絕對零度會怎樣?」千葉輝好奇的問到,雖然她自己心中已經有了自己的答案。

雷克沒有直接回答這個問題,而是說到另外一個問題︰「其實關于絕對零度,還有一個叫‘真空零點能’的概念。」

「真空零點能?」余生對這個非常感興趣。

雷克回答到︰「在絕對零度下,任何能量都應消失。可就是在絕對零度下,依然有一種能量存在,這就是真空零點能。」

「真空零點能,因在絕對零度下發現粒子的振動而得名。這是量子真空中所蘊藏著的巨大本底能量。」

「海森堡不確定性原理指出︰不可能同時以較高的精確度得知一個粒子的位置和動量。因此,當溫度降到絕對零度時粒子必定仍然在振動;否則,如果粒子完全停下來,那它的動量和位置就可以同時精確的測知,而這是違反測不準原理的。這種粒子在絕對零度時的振動所具有的能量就是零點能。」

「如果真的有物質是真空零點能的存在,根據熱傳導,所有有能量的物質是不是就會被它吸引進去?」余生提出了這樣一個假設。

雷克眼前一亮。

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