時時頭條
  • 娛樂
  • 體育
  • 財經
  • 科技
  • 旅遊
  • 軍事
  • 育兒
  • 時尚
  • 遊戲
  • 歷史
  1. 首頁
  2. 科技

深度長文:絕對零度只有-273℃,為何高溫可以達到上億億攝氏度?

2024-02-04 16:10:15


我們人類啊,對於宇宙,其實就是在摸一隻極高極高的大象。

我們是從腳趾頭最下方摸起走的,定義我們摸的位置是0m,由於我們距離地面比較近,很容易推算出我們距離地面大約是-273.15m。

由於我們就像生活在大象上的螞蟻,永遠無法離開大象,所以我們也無法真正跨過-273.15m的距離,到達地面上去。

我們往上摸,通常只能摸到幾千米的位置,但是我們會甩石頭啊(粒子對撞機)。

我們甩石頭的最高位置,是甩到10^12(萬億)m的高度。但我們發現,大象還是太高了,實在沒有辦法,我們只能用自己有限的觀察,猜測這個大象最高的高度是1.4X10^32m。

如果這個高度是真的,那麼,大象的身高,是我們當前能甩石頭最高高度的10^20倍,也即一萬億億倍。

對於人類來說,這個大象實在是太高了。

所以說啊,我們覺得上方太高,或者下方太矮,僅僅是因為我們生活在大象的腳趾頭底下啊。

如果有一種生活在宇宙大爆炸初期的「太初生命」,他們活動的溫度是10^30K。

太初生命定義溫度為ζ,他們自然而然的會認為10^30K是0ζ,就像我們人類最初定義水三相點溫度是0℃一樣。

太初生命發現,當物質內部粒子熱運動增加時,ζ升高;當物質內部粒子熱運動減小時,ζ降低。

他們經過研究發現,宇宙的最高溫度僅僅只有100ζ,但最低溫度卻達到了負的百萬億億億ζ.

總的來說——

無論上限的普朗克溫度(T=1.4X10^32K),還是下限的絕對零度,其實人類都是不能真正達到的。

即便人類距離絕對零度如此之近,也是隻能無限接近而不能真正達到。

絕大部分物質的固液氣三種相態的溫度,都在數千度以下,高於數千度,就會等離子化。

而人類賴以生存的水,三相點溫度僅僅只有273.16K。

這就決定了,人類的認知,主要就侷限在這個溫度區間。

而這個溫度區間,相對於整個宇宙溫度10^32K的變化區間來說,實在是太過於“低溫”了。

任何空間必然存有能量和熱量,並不斷進行相互轉換,守恆且不消失。所以真正的絕對零度是不存在的,除非該空間自始即無任何能量熱量。在此一空間,所有物質完全沒有粒子振動,其總體積並且為零。

雖然絕對零度無法達到,但卻可以無限逼近,那麼逼近絕對零度會發生什麼呢?逼近絕對零度的量子最低點是如何的狀態呢?

有關物質接近絕對零度時的行為,可初步觀察熱德布洛伊波長。定義如下:

其中 h為普朗克常數、m為粒子的質量、 k為玻爾茲曼常數、T為絕對溫度。可見熱德布洛伊波長與絕對溫度的平方根成反比,因此當溫度很低的時候,粒子物質波的波長很長,粒子與粒子之間的物質波有很大的重疊,因此量子力學的效應就會變得很明顯。

愛因斯坦推測將玻色子冷卻到非常低的溫度後它們會“落入”(“凝聚”)到能量最低的可能量子態中,導致一種全新的相態,是為玻色–愛因斯坦凝聚(Bose–Einstein condensate)。

玻色–愛因斯坦凝聚是玻色子原子在冷卻到接近絕對零度所呈現出的一種氣態的、超流性的物質狀態(物態)。

1995年,麻省理工學院的沃夫岡·凱特利與科羅拉多大學鮑爾德分校的埃裡克·康奈爾和卡爾·威曼使用氣態的銣原子在170 nK(1.7×10−7 K)的低溫下首次獲得了玻色-愛因斯坦凝聚。在這種狀態下,幾乎全部原子都聚集到能量最低的量子態,形成一個宏觀的量子狀態。

所以,所有原子的量子態都束聚於一個單一的量子態的狀態被稱為玻色凝聚或玻色-愛因斯坦凝聚。故而,當達到絕對零度,粒子的物質波會達到無限長度,也就是波動性會消失,所有粒子的特性漸漸變成了一個整體,微觀的量子態變成了宏觀的量子態。

對於發生在絕對零度的相變現象,稱為量子相變,而玻色-愛因斯坦凝聚便是量子相變。

1938年,彼得·卡皮查、約翰·艾倫和冬·麥色納(Don Misener)發現氦-4在降溫到2.2 K時會成為一種叫做超流體的新的液體狀態。超流的氦有許多非常不尋常的特徵,比如它的黏度為零,其漩渦是量子化的,很快人們就認識到超液體的原因是玻色-愛因斯坦凝聚。

當量子液體溫度低於某臨界轉變溫度會變為超流體。

超流體是一種物質狀態,特點是完全缺乏黏性。如果將超流體放置於環狀的容器中,由於沒有摩擦力,它可以永無止盡地流動。它能以零阻力透過微管,甚至能從碗中向上“滴”出而逃逸。

利用玻色-愛因斯坦凝聚的超流體,可以製造液態光。一般來說凝聚的折射係數是非常小的,因為它的密度比平常的固體要小得多。但使用鐳射可以改變玻色-愛因斯坦凝聚的原子狀態,使它對一定的頻率的係數驟增。這樣光速在凝聚內的速度就會驟降,甚至降到數米每秒。

自轉的玻色-愛因斯坦凝聚可以作為黑洞的模型,入射的光不會逃離。凝聚也可以用來“凍結”光,這樣被“凍結”的光在凝聚分解時又會被釋放出來。

量子力學的粒子大致分成兩類,除了玻色子之外,還有費米子。逼近絕對零度,玻色子會凝聚在一起,而費米子是互相排斥的。

然而科學家發現了費米子的凝聚態。

費米凝聚(Fermionic condensate):類似於玻色-愛因斯坦凝聚態,由大量費米子佔據同一量子態形成。由於泡利不相容原理,不同的費米子不能佔據同一量子態,因此費米子不能像玻色子那樣直接形成玻色-愛因斯坦凝聚態。不過科學家把兩個費米子結合在一起成為具有玻色子性質的“費米子對”即庫柏對,這樣使費米子對冷凝,成為費米凝聚。

關於低溫記錄:

1926年,0.71K,1933年,0.27K,1957年,0.00002K。

2003年09月12日,在實驗室內,用光子精準轟擊原子,讓原子動能接近零,達到了僅僅比絕對零度高0.5nk(0.5*10^-9K)的溫度。

布莫讓星雲是人類目前所知的宇宙之中能夠找到的最低溫度區域,零下272°。

至於高溫,雖然人類創造了數萬億K的高溫,但卻只有瞬間的事情,甚至連高溫下物質的狀態都無法研究。前面已經說了,人類達到的最高溫,僅僅只是最高溫度的萬億億分之一,差得太遠了。

這個差距,大約就是人類速度和光速的差距吧。

熱門資訊
  • WiFi 8,要來了! | 2024-11-16 15:20:47
  • OPPO Pad3 配備 2.8K 原彩仿書柔光屏,支援蘋果 iOS 互傳 | 2024-11-16 15:31:13
  • 全球首次公開!萬豐與大眾汽車集團合作的eVTOL來了 | 2024-11-16 15:48:04
  • 東航“亞冬號”寬體彩繪機成功首航 | 2024-11-16 16:22:39
  • 南京大學譚海仁教授團隊,時隔1個月,Nature之後,再發Nature Energy! | 2024-11-16 16:42:42
  • 倪飛稱努比亞將推出行業首個“未來模式”:系統介面刪去繁雜App | 2024-11-16 17:28:32
  • 三星XR眼鏡將採用類似雷朋Meta的形態和規格 功能更多但沒有顯示屏 | 2024-11-16 17:28:37
  • 亞馬遜為其Fire HD 8以上型號的平板電腦帶來新的AI功能 | 2024-11-16 17:28:39
  • Google正在開發配備升級晶片組和攝像頭的Pixel Tablet 2 | 2024-11-16 17:28:41
  • 月之暗面楊植麟:大模型超級應用已經出現 | 2024-11-16 17:38:18
  • 楊植麟:每月有3600萬用戶在使用kimi | 2024-11-16 17:39:26
  • 聯發科和高通就不是一個時代的晶片,買手機千萬別選聯發科晶片 | 2024-11-16 17:43:12
  • 火影“眾顏 U6”輕薄本開售:R5 6600H + 16G + 512G 售 2699 元 | 2024-11-16 18:01:08
  • 小米生態鏈總經理陳波:NAS 是新的專業品類,希望大家理性等待 | 2024-11-16 19:04:03
  • Wi-Fi 8 規範部分細節提前披露:不會繼續提升速率! | 2024-11-16 19:17:36
  • 火影煥 16 Air 遊戲本新增配置上架,R7 8845HS + 4060,6999 元 | 2024-11-16 19:35:46
  • 中國版腦機介面手術來了!比馬斯克的更安全 | 2024-11-16 19:42:54
  • 蘋果的餅國產實現?漫步者新耳夾支援健康監測,還有AI加持! | 2024-11-16 19:45:17
  • SpaceX 第六次星艦試飛時間推遲一天至 11 月 20 日 | 2024-11-16 20:24:55
  • 3000億資金加持,儲存晶片隱形龍頭,浮出水面! | 2024-11-16 20:47:40
  • 美國的私人空間站這也是進展很快啊 | 2024-11-16 20:47:44
  • 山東對8類家電開展以舊換新 最高可享受補貼1.6萬元 | 2024-11-16 20:55:32
  • DTC2024 TCL華星宣佈量產印刷OLED專顯屏併發布全新技術品牌APEX | 2024-11-16 20:59:45
  • 訊息稱蘋果 2024 款 M4 MacBook Pro 升級量子點 Mini LED 面板 | 2024-11-16 21:25:42
  • 1500餘臺!國產民用航空發動機獲超百億元訂單 | 2024-11-16 21:47:40
  • 迪士尼接近轉折點:流媒體全面盈利並有望抵消有線電視業務下滑 | 2024-11-16 22:07:28
  • 6G離我們還有多遠?答案在這裡 | 2024-11-16 22:26:33
  • 蘋果官方沒宣傳:M4 MacBook Pro首發量子點顯示技術 | 2024-11-16 22:28:50
  • 華為李小龍:華為手機無密碼完全無法獲取資料!拆“記憶體”都不行 | 2024-11-16 22:46:44
  • 外媒:荷蘭ASML基本大勢已去了! | 2024-11-16 22:46:51
最近發布
突發!TVB知名女星毫無預警宣佈與未婚夫分手,結束長達八年情 面對被黑,蘭姐強勢迴歸。小菲狀態好轉,發宣告。更多內幕揭曉! 中國男籃決戰日本隊,首發五人曝光,廣東隊大贏家,徐傑第一後衛 孫穎莎奪女單冠軍!採訪謙遜立足拼,劉國樑給中國選手頒獎笑開花 分析 馬威交易取消後的影響:湖人還有什麼選擇?只能等休賽期? 火箭vs猛龍前瞻:範弗裡特有望復出戰舊主,火箭欲終結六連敗 梅西轟動宏都拉斯!當地媒體:這是世紀體育盛事! 登記開啟!金中、29中、13中等校動了! 開年暴擊!南京又一家機構跑路了? TechInsights:AI PC未能提振筆記本市場 2024年僅增長5% 睡覺時突然腿抽筋,就是缺鈣?錯!還有這4個原因,別輕易忽視了 泡泡瑪特又贏麻了!此前被調侃是“境內最大的博彩公司” 再也不用扎手指!5億糖尿病患者有福了 傳《尼爾:機械紀元》續作、新《古墓麗影》今年公佈 有工作經驗的畫素畫師如何寫簡歷? 離譜!Xun被搶3條龍,JDG仍然獲勝!Peyz力挽狂瀾,WBG痛失好局 將耗死在國際空間站?59歲美滯留女宇航員求救:喪失重要身體機能 華為FreeClip耳機玫瑰金開售 開放式聆聽設計 CBA俱樂部杯-山西淘汰北控晉級4強 原帥18分 小紅書上移民的中產:曾經北京七套房, 羨慕海外一張床, 如今卻...... 不可抗力停課2天以上退一半保教費,佛山幼兒園收費新規釋出 紅棉襯醉美,2020番順醉美青餅評測 華為FreeClip耳夾耳機玫瑰金配色開售:1299元 64歲寧波老闆,跨界無數次,給員工發8億,即將擁有第三家IPO? 卡友資訊股東持股情況變動 廣州“城市合夥人”:城市與人才的雙向奔赴 有人說孫穎莎粉絲是飯圈文化的時候 卻有些人用真金白銀愛孫穎莎! 男生剪“短髮”髮型乾淨利落,試試這3款,剪完帥氣提升顏值! 7個臀部訓練最佳動作,打造迷人的蜜桃臀! 偉大的4-2!林詩棟奪冠:新科世界第1誕生、超越王楚欽,狂攬3冠 新疆完美了!新小外強於皮特森+黑根斯,承認補強大外良性競爭! 林詩棟奪男單冠軍!採訪大談不容易太謙遜,單獨拍照露出笑容! 國乒最新戰報!林詩棟第2局11-8,衝3冠王,梁靖崑救2局點仍輸球 替補奇兵!快船大將5記3分助隊贏球 哈登好幫手 爆冷!北控男籃吊打奪冠大熱門球隊,外援決定比賽的走向 官宣離任,胡明軒宣佈重要決定,廣東宏遠遺憾,杜鋒祝福 又一個賈德松!崔康熙看人很準,魯媒:卡約又要錯過中國聯賽了 劉國樑憔悴!黑眼圈很重,擋住蒯曼被提醒,孫穎莎王楚欽被裁判整 林詩棟逆轉梁靖崑奪冠,成就三冠王,綜合實力更加突出 CBA最新外援註冊資訊,遼籃4人,新疆補充新援,廣東男籃放棄萊斯 大滿貫收官獎金排名:林詩棟三冠60萬第1,孫穎莎第2王曼昱10萬第9 臺灣律師分析大S遺產劃分,S媽要錢得看汪小菲臉色,打臉光頭安排 臺媒曝大S家人鬆手,讓出撫養權給汪小菲,希望馬筱梅善待孩子 二線白酒暴雷,狼真的來了! 搭上比亞迪,自動駕駛獨角獸,利潤大增170%! 炸裂!外資吹響“加倉中國”集結號背後:科技格局重塑與資產重估 這波夢幻西遊副本積分兌換真是血虧,四賜福的山賊值得買嗎? 《星戰亡命之徒》高階美工又回到CDPR 開發《巫師4》 《哪吒2》登陸北美,首映禮現好萊塢!有觀眾哭花眼妝:特效超預期,買票靠搶 曝張蘭被封年損失近4億,麻六記絕地自救太壯觀,員工曬張蘭近況

©2024 時時頭條 版權所有

隱私政策 | 服務條款 | 聯繫我們