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除了光速,人类还有哪些永远无法达到的极限值?诡异的绝对零度

2024-07-02 02:21| 来源: 网络整理| 查看: 265

在经典力学、相对论、量子力学等物理学框架的束缚下,人类在某些事物、行为上被科学赋予了一个极限值,例如宇宙中最快的运动速度是光速,任何物质的运动速度都不可能超越光速,这个光速极限值来源于爱因斯坦的相对论。

还有例如人类不可能实现时空倒流,因为一旦有一个人超越回到了过去,他就有一定的可能性杀掉他的祖母,一旦他的祖母被杀掉,那么他本身就不存在了,这主要来源于祖母悖论,今天和大家聊一聊一个关于热力学与量子力学中的一个极限值——绝对零度。

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绝对零度并非指的是温度上的零摄氏度,而是热力学中一个温度最低下限值,即0开尔文,换算成我们熟知的摄氏度就是零下273.15摄氏度。

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那么为何将零下273.15摄氏度作为温度的最低下限值呢?

因为宇宙中不可能存在比绝对零度还要低的温度,众所周知,物体温度高低的本质是物体内粒子运动的剧烈程度,从理论上来讲,物体内部粒子运动越剧烈,物体的温度就越高,物体内部粒子运动越缓慢,物体的温度就越低,那么物体的温度究竟可以低到什么程度呢?

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不错,就是绝对零度,即零下273.15摄氏度,因为在绝对零度的温度下,任何物体内部的粒子运动都会停止,粒子的动能和势能将全部消失,因为粒子的动能、势能不可能存在负数,所以物理学家将绝对零度作为温度的最低下限值。

那么问题又来了,既然绝对零度是温度的最低下限值,为何人类永远无法达到绝对零度呢?

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说到这个问题,那就不得不提到另一门令人感到头疼的物理学分支—量子力学,提到量子力学,就不得不提到普朗克与普朗克常数,普朗克常数是一个物理学常量,即h=6.62606896(33)×10^(-34) J·s,代表的是能量子的最小单位,粒子位置的不确定性×粒子动量的不确定性×粒子质量≥普朗克常数,根据量子力学中的一个基本物理定律(海森堡不确定关系),我们无法同时测量出微观粒子的运动速度与位置,但在绝对零度的环境中,粒子的所有速度全部停止,我们就可以同时测量中粒子的速度与位置,达到绝对零度与量子力学的不确定性相悖,所以绝对零度只能是理论上的一个极限值,人类只能无限接近于绝对零度,但却无法达到它。

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当然,除了量子力学,热力学第三定律也否定了人类达到绝对零度的可能性,因为任何空间都需要存在着能量和热量,两者之间也不断地进行相互转换而不消失。但是当空间温度达到绝对零度时(从科学的严谨性出发,要排除该空间从来没有出现过任何能量、热量的情况,可能性无限接近于零),在此空间中,任何物质的粒子振动将完全消失,能量与热量也完全消失,这违背了热力学第三定律,所以人类只能无限接近于绝对零度,而绝对零度就如同光的速度一样,是人类永远可望而不可即的。



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