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絶對零度 Jueduilingdu  

動漫 manga《幻想世界》
網絡小說 Net novels《幻想世界遊記》

No. 2
  熱力學溫標的零度,就是-273.15℃。
No. 3
  絶對零度,也就是-273.15℃(攝氏度)。
  沒有一個地方有這個溫度,人類也不可能製造出來這個溫度,衹能無限的接近。在這溫度下物體沒有熱能.
  定義或解釋
  理論上的最低溫度,把-273.15℃定作熱力學溫標(絶對溫標)的零度,叫做絶對零度(absolute zero)。 絶對零度的單位是開爾文(k±)
  說明
  ①在中學階段,對於熱力學溫標和攝氏溫標間的換算,是取近似值t(k)=t(℃)+273。實際上,如以水的冰
  點為標準,絶對零度應比它低273.15℃所以精確的換算關係應該是t(k)=t(℃)+273.15。
  ②絶對零度是根據理想氣體所遵循的規律,用外推的方法得到的。用這樣的方法,當溫度降低到-273.15℃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,那麽也可以把絶對零度說成是“理想氣體分子停止運動時的溫度”。以上兩種說法都衹是一種理想的推理。事實上一切實際氣體在溫度接近-273.15℃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,在接近絶對零度的地方,分子的動能趨於一個固定值,這個極值被叫做零點能量。這說明絶對零度時,分子的能量並不為零,而是具有一個很小的數值。原因是,全部粒子都處於能量可能有的最低的狀態,也就是全部粒子都處於基態。
  ③由於水的三相點溫度是0.01℃,因此絶對零度比水的三相點溫度低273.16℃。
  絶對零度表示那樣一種溫度,在此溫度下,構成物質的所有分子和原子均停止運動。所謂運動,係指所有空間、機械、分子以及振動等運動.還包括某些形式的電子運動,然而它並不包括量子力學概念中的“零點運動”。除非瓦解運動粒子的集聚係統,否則就不能停止這種運動。從這一定義的性質來看,絶對零度是不可能在任何實驗中達到的,但目前科學家已經在實驗室中達到距離絶對零度僅百萬分之一攝氏度的低溫。所有這些在物質內部發生的分子和原子運動統稱為“熱運動”,這些運動是肉眼看不見的,但是我們會看到,它們决定了物質的大部分與溫度有關的性質。 正如一條直綫僅由兩點連成的一樣,一種溫標是由兩個固定的且可重複的溫度來定義的。最初,在一標準大氣壓(760毫米水銀柱,或760托)時,攝氏溫標是定冰之熔點為0℃和水之沸點為100℃,絶對溫標是定絶對零度為ok和冰之熔點為273k,這樣,就等於有三個固定點而導致溫度的不一致,因為科學家希望這兩種溫標的度數大小朝等,所以,每當進行關於這三點的相互關係的準確實驗時,總是將其中一點的數值改變達百分之一度。 現在,除了絶對零度外,僅有一固定點獲得國際承認,那就是水的“三相點”。1948年確定為273.16k,即絶對零度以上273.16度。當蒸氣壓等於一大氣壓時,水的正常冰點略低,為273.15k(=0℃=32°f),水的正常沸點為373.15k(=100℃=212°f)。這些以攝氏溫標表示的固定點和其他一些次要的測溫參考點(即所謂的國際實用溫標)的實際值,以及在實驗室中為準確地獲得這些值的度量方法,均由國際權度委員會定期公佈。
  為什麽不能達到絶對零度
  1848年,英國科學家威廉·汽姆遜·開爾文勳爵(1824~1907)建立了一種新的溫度標度,稱為絶對溫標,它的量度單位稱為開爾文(k)。這種標度的分度距離同攝氏溫標的分度距離相同。它的零度即可能的最低溫度,相當於攝氏零下273度(精確數為-273.15℃),稱為絶對零度。因此,要算出絶對溫度衹需在攝氏溫度上再加273即可。那時,人們認為溫度永遠不會接近於0k,但今天,科學家卻已經非常接近這一極限了。
  物體的溫度實際上就是原子在物體內部的運動。當我們感到一個物體比較熱的時候,就意味着它的原子在快速運動:當我們感到一個物體比較冷的時候,則意味着其內部的原子運動速度較慢。我們的身體是通過熱或冷來感覺這種運動的,而物理學家則是絶對溫標或稱開爾文溫標來測量溫度的。
  按照這種溫標測量溫度,絶對溫度零度(0k)相當於攝氏零下273.15度(-273.15℃)被稱為“絶對零度”,是自然界中可能的最低溫度。在絶對零度下,原子的運動完全停止了,並且從理論上講,氣體的體積應當是零。由此,人們就會明白為什麽溫度不可能降到這個標度之下,為什麽事實上甚至也不可能達到這個標度,而衹能接近它。
  自然界最冷的地方不是鼕季的南極,而是在星際空間的深處,那裏的溫度是絶對溫度3度(3k),即衹比絶對零度高3度。
  這個“熱度”(因為實際上我們談到的溫度總是在絶對零度之上)是作為宇宙起源的大爆炸留存至今的熱度,事實上,這是證明大爆炸理論最顯著有效的證據之一。
  在實驗室中人們可以做得更好,能進一步地接近於絶對零度,從上個世紀開始,人們就已經製成了能達到3k的製冷係統,並且在10多年前,在實驗室裏達到的最低溫度已是絶對零度之上1/4度了,後來在1995年,科羅拉多大學和美國國傢標準研究所的兩位物理學家愛裏剋·科內爾和卡爾威曼成功地使一些銣原子達到了令人難以置信的溫度,即達到了絶對零度之上的十億分之二十度(2×10-8k)。他們利用激光束和“磁陷阱”係統使原子的運動變慢,我們由此可以看到,熱度實際上就是物質的原子運動。非常低的溫度是可以達不到的,而且還要以尋求“阻止”每一單個原子運動,就像打臺球一樣,要使一個球停住就要用另一個球去打它。弄明白這個道理,衹要想一想下面這個事實就夠了。在常溫下,氣體的原子以每小時1600公裏的速度運動着,而在3k的溫度下則是以每小時1米的速度運動着,而在20nk(2×10-8k)的情況下,原子運動的速度就慢得難以測量了。在20nk下還可以發現物質呈現的新狀態,這在70年前就被愛因斯坦和印度物理學家玻色(1894~1974)預見了。
  事實上,在這樣的非常溫度下,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。
定義或解釋 Definition or explanation
  理論上所能達到的最低溫度,在此溫度下物體沒有內能。把-273.15℃定作熱力學溫標(絶對溫標)的零度,叫做絶對零度(absolute zero)。 熱力學溫標的單位是開爾文(K±)
說明 Help
  ①在中學階段,對於熱力學溫標和攝氏溫標間的換算,是取近似值T(K)=t(℃)+273。實際上,如以水的冰
  點為標準,絶對零度應比它低273.15℃所以精確的換算關係應該是T(K)=t(℃)+273.15。
  ②絶對零度是根據理想氣體所遵循的規律,用外推的方法得到的。用這樣的方法,當溫度降低到-273.15℃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,那麽也可以把絶對零度說成是“理想氣體分子停止運動時的溫度”。以上兩種說法都衹是一種理想的推理。事實上一切實際氣體在溫度接近-273.15℃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,在接近絶對零度的地方,分子的動能趨於一個固定值,這個極值被叫做零點能量。這說明絶對零度時,分子的能量並不為零,而是具有一個很小的數值。原因是,全部粒子都處於能量可能有的最低的狀態,也就是全部粒子都處於基態。
  ③由於水的三相點溫度是0.01℃,因此絶對零度比水的三相點溫度低273.16℃。
  絶對零度表示那樣一種溫度,在此溫度下,構成物質的所有分子和原子均停止運動。所謂運動,係指所有空間、機械、分子以及振動等運動.還包括某些形式的電子運動,然而它並不包括量子力學概念中的“零點運動”。除非瓦解運動粒子的集聚係統,否則就不能停止這種運動。從這一定義的性質來看,絶對零度是不可能在任何實驗中達到的,但目前科學家已經在實驗室中達到距離絶對零度僅五十億分之一攝氏度的低溫。所有這些在物質內部發生的分子和原子運動統稱為“熱運動”,這些運動是肉眼看不見的,但是我們會看到,它們决定了物質的大部分與溫度有關的性質。 正如一條直綫僅由兩點連成的一樣,一種溫標是由兩個固定的且可重複的溫度來定義的。最初,在一標準大氣壓(760毫米水銀柱,或760托)時,攝氏溫標是定冰之熔點為0℃和水之沸點為100℃,絶對溫標是定絶對零度為0K和冰之熔點為273K,這樣,就等於有三個固定點而導致溫度的不一致,因為科學家希望這兩種溫標的度數大小相等,所以,每當進行關於這三點的相互關係的準確實驗時,總是將其中一點的數值改變達百分之一度。 現在,除了絶對零度外,僅有一固定點獲得國際承認,那就是水的“三相點”。1948年確定為273.16K,即絶對零度以上273.16度。當蒸氣壓等於一大氣壓時,水的正常冰點略低,為273.15K(=0℃=32°F),水的正常沸點為373.15K(=100℃=212°F)。這些以攝氏溫標表示的固定點和其他一些次要的測溫參考點(即所謂的國際實用溫標)的實際值,以及在實驗室中為準確地獲得這些值的度量方法,均由國際權度委員會定期公佈。
  科學家在對絶對零度的研究中,發現了一些奇妙的現象。如氦本是氣體(氦是自然界中最難液化的物質),在-268.9℃時變成液體,當溫度持續降低時,原本裝在瓶子裏的液體,卻輕而易舉地從衹有0.01毫米的縫隙中,很容易地溢到瓶外去了,繼而出現了噴泉現象,液體的粘滯性也消失了。
為什麽不能達到絶對零度 Why can not reach absolute zero
  1848年,英國科學家威廉·湯姆遜·開爾文勳爵(1824~1907)建立了一種新的溫度標度,稱為絶對溫標,它的量度單位稱為開爾文(K)。這種標度的分度距離同攝氏溫標的分度距離相同。它的零度即可能的最低溫度,相當於零下273攝氏度(精確數為-273.15℃),稱為絶對零度。因此,要算出絶對溫度衹需在攝氏溫度上再加273即可。那時,人們認為溫度永遠不會接近於0(K),但今天,科學家卻已經非常接近這一極限了。
  低溫下超導體産生的磁浮現象物體的溫度實際上就是原子在物體內部的運動。當我們感到一個物體比較熱的時候,就意味着它的原子在快速運動:當我們感到一個物體比較冷的時候,則意味着其內部的原子運動速度較慢。我們的身體是通過熱或冷來感覺這種運動的,而物理學家則是絶對溫標或稱開爾文溫標來測量溫度的。
  按照這種溫標測量溫度,絶對溫度零度(0K)相當於攝氏零下273.15度(-273.15℃)被稱為“絶對零度”,是自然界中可能的最低溫度。在絶對零度下,原子的運動完全停止了,那麽就意味着我們能夠精確地測量出粒子的速度(0)。然而1890年德國物理學家馬剋斯·普朗剋引入的了普朗剋常數表明這樣一個事實:粒子的速度的不確定性、位置的不確定性與質量的乘積一定不能小於普朗剋常數,這是我們生活着的宇宙所具有的一個基本物理定律。那麽當粒子處於絶對零度之下,運動速度為零時,與這個定律相悖,因而我們可以在理論上得出結論,絶對零度是不可以達到的。
  自然界最冷的地方不是鼕季的南極,而是在布莫讓星雲。那裏的溫度為零下272攝氏度,是目前所知自然界中最寒冷的地方,成為“宇宙冰盒子”。事實上,布莫讓星雲的溫度僅比絶對零度高1度多(零下273.15攝氏度)。
  這個“熱度”(因為實際上我們談到的溫度總是在絶對零度之上)是作為宇宙起源的大爆炸留存至今的熱度,事實上,這是證明大爆炸理論最顯著有效的證據之一。
  在實驗室中人們可以做得更好,能進一步地接近於絶對零度,從上個世紀開始,人們就已經製成了能達到3K的製冷係統,並且在10多年前,在實驗室裏達到的最低溫度已是絶對零度之上1/4度了,後來在1995年,科羅拉多大學和美國國傢標準研究所的兩位物理學家愛裏剋·科內爾和卡爾威曼成功地使一些銣原子達到了令人難以置信的溫度,即達到了絶對零度之上的十億分之二十度(2×10^-8 K)。他們利用激光束和“磁陷阱”係統使原子的運動變慢,我們由此可以看到,熱度實際上就是物質的原子運動。非常低的溫度是可以達不到的,而且還要以尋求“阻止”每一單個原子運動,就像打臺球一樣,要使一個球停住就要用另一個球去打它。弄明白這個道理,衹要想一想下面這個事實就夠了。在常溫下,氣體的原子以每小時1600公裏的速度運動着,而在3K的溫度下則是以每小時1米的速度運動着,而在20nK(2×10^-8 K)的情況下,原子運動的速度就慢得難以測量了。在20nK下還可以發現物質呈現的新狀態,這在70年前就被愛因斯坦和印度物理學家玻色(1894~1974)預見了。
  事實上,在這樣的非常溫度下,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。
時間會停止 Time will stop
  當在絶對零度時,時間會停止。這個問題到底是對的還是錯的?至今還是有爭議。
  正方認為(時間會停止):絶對零度在宇宙中是存在的,在宇宙的某些地方,當巨大的能量被黑洞吸走時産生絶對零度,由於時間也是一種能量形式,所以在那一刻,時間也是停止的。宇宙中有存在絶對零度的地方,甚至有低於零度的地方,那些低於零度的情況由反物質構成。 也就是說我們的分子運動需要提供能量,而反物質運動則吸收能量,所以絶對零度可以達到,衹不過我們沒有發現,也沒法發現。 正如數字有正負,電流有正負,性別有男女一樣,你憑什麽說就沒有低於絶對零度的負溫度?科學家們都沒有否認在絶對零度時刻,就是時間的起源之前時空的可知性,你又憑什麽斷定在0度之下的溫度不存在? 就像速度達到光速時時間會停止,在快就倒着走。那如果速度達到了0km/s。那麽時間的狀態又會改變。
  反方認為(時間不會停止):從哲學角度說,物質的靜止和運動都是相對的,時間如果記錄着物質的發展和變化的話,它記錄物質的運動狀態,那麽可不可以記錄物質的靜止狀態? 絶對零度下,不是一切都停止了,停止的衹是物質的分子運動,所以,綜上所述,絶對零度下的時間肯定還是運動的。除非這個世界裏,時間不再存在。 可是如果宇宙的全部物質都是絶對零度那麽時間也應該停止了吧!
  事實上,在絶對零度時,物體是不存在運動不存在能量的,此時物體保持了一個相對於非絶對零度物體的絶對靜止狀態。時間是一種能量(如前文所說),但更多時候時候它是一種形式,是存在於我們感知範圍內的單位,因而在絶對零度時,相對時間是取决於你的認證方式的。另外,當到達絶對零度時,空間會發生扭麯。
絶對零度是不可能産生火焰的 Absolute zero is impossible to produce flame
  絶對零度是不可能産生火焰的至少人眼看不到,因為火焰自身的溫度的關係物質燃燒必定要達到某種溫度否則不會産生火焰現象,絶對零度是一個推出的數字, 是人類不可能達到的一個最低溫,乃至宇宙也沒有這樣的低溫。
  絶對零度時物體粒子的平均動能為零,就是說都不動了,所以溫度不能再低了。瞬間到達絶對零度是一個非常復雜的概念 涉及到相對論的概念,火焰是物質劇烈燃燒産生的。既然沒有動能當然粒子也不會那麽劇烈的運動或者說粒子處於絶對靜止狀態,也就是說不會産生燃燒現象。
  一個未解之謎
  寒冷地帶之首:宇宙中最冷的地方——美國桑地亞國傢實驗室(目前人類所知的)
  說道宇宙中最寒冷的地方,我們還得再回到地球上。一年前,美國新墨西哥州實驗室(Sandia National Lab )和哥倫比亞大學的物理學家們在《科學》(Science)雜志上發表論文,敘述他們在實驗室中是如何使分子停止運動並將其準確相互碰撞的。
  根據物理學原理我們知道,如果想要分子停止運動,需要非常低的溫度。物理學家們在實驗中設法使溫度達到了零下272.59攝氏度,這是目前所知宇宙中的最低溫度(宇宙也尚未到達)。
  不知真假
絶對零度下的振動——真空零點能 Absolute zero, the vibration - the vacuum zero-point energy
  在絶對零度下,任何能量都應消失。可就是在絶對零度下,依然有一種能量存在,這就是真空零點能。
  真空零點能,因在絶對零度下發現粒子的振動而得名。這是量子真空中所藴藏着的巨大本底能量。海森堡測不準原理指出: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,當溫度降到絶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。這種粒子在絶對零度時的振動(零點振動)所具有的能量就是零點能。
  量子真空是沒有任何實物粒子的物質狀態,其場的總能量處於最低,這是一切物質運動及能量場的最初始狀態,它的溫度自然處於絶對零度。這樣的狀態具有無限變化的潛在能力。零點能就是由量子真空中的虛粒子和和反粒子不斷出現和湮滅産生的。據推測,量子真空中,每立方釐米包含的能量密度有10^13焦耳,足以在瞬間燒幹地球上所有海洋的水分!
  從理論上看,真空能量以粒子的形態出現,並不斷以微小的規模形成和消失。真空中充滿着幾乎各種波長的粒子,但卡西米爾認為,如果使兩個不帶電的金屬薄盤緊緊靠在一起,較長的波長就會被排除出去。接着,金屬盤外的其他波就會産生一種往往使它們相互聚攏的力,金屬盤越靠近,兩者之間的吸引力就越強。1996 年,物理學家首次對這種所謂的卡西米爾效應進行了測定。這是證明真空零點能存在的確鑿證據。
  其實,絶對零度和絶對至高溫度在理論上均可達到。人類正不遺餘力地做着相關實驗,探索着隱藏在科學深處的奧秘。
  最近一次達到的最低溫度 (2003年09月12日 16:37)
  由德國、美國、奧地利等國科學家組成的一個國際科研小組,日前改寫了人類創造的最低溫度紀錄:他們在實驗室內達到了僅僅比絶對零度高0.5納開爾文的溫度,而此前的紀錄是比絶對零度高3納開。這是人類歷史上首次達到絶對零度以上1納開以內的極端低溫。
  開爾文是熱力學溫度單位,簡稱“開”,1開相當於1攝氏度,1納開等於十億分之一開爾文。0開即絶對零度是溫度的極限,相當於零下273.15攝氏度,在這種溫度下,分子將停止運動。
  這個科研小組在新一期美國《科學》雜志上發表論文介紹說,他們是在利用磁阱技術實現銫原子的玻色-愛因斯坦凝聚態(BEC)的實驗過程中創造這一紀錄的。參與研究的科學家大衛·普裏查德介紹說,將氣體冷卻到極端接近絶對零度的條件對於精確測量具有重要意義,他們的此次實驗成果有助於製造更為精確的原子鐘和更為精確地測定重力等。
  玻色-愛因斯坦凝聚態是物質的一種奇特的狀態,處於這種狀態的大量原子的行為像單個粒子一樣。這裏的“凝聚”與日常生活中的凝聚不同,它表示原來不同狀態的原子突然“凝聚”到同一狀態。要實現物質的該狀態一方面需要達到極低的溫度,另一方面還要求原子體係處於氣態。華裔物理學家朱棣文曾因發明了激光冷卻和磁阱技術製冷法而與另兩位科學家分享了1997年的諾貝爾物理學奬。
  科學家說,他們希望利用新達到的最低溫度發現一些物質的新現象,諸如在此低溫下原子在同一物體表面的狀態、在限定運動通道區域時的運動狀態等。因發現了“鹼金屬原子稀薄氣體的玻色-愛因斯坦凝聚”這一新的物質狀態而獲得了2001年諾貝爾物理學奬的德國科學家沃爾夫岡·剋特勒評價說,首次達到絶對零度以上1納開以內的溫度是人類歷史上的一個里程碑。由德國、美國、奧地利等國科學家組成的一個國際科研小組,日前改寫了人類創造的最低溫度紀錄:他們在實驗室內達到了僅僅比絶對零度高0.5納開爾文的溫度,而此前的紀錄是比絶對零度高3納開。這是人類歷史上首次達到絶對零度以上1納開以內的極端低溫。
  開爾文是熱力學溫度單位,簡稱“開”,1開相當於1攝氏度,1納開等於十億分之一開爾文。0開即絶對零度是溫度的極限,相當於零下273.15攝氏度,在這種溫度下,分子將停止運動。
  這個科研小組在新一期美國《科學》雜志上發表論文介紹說,他們是在利用磁阱技術實現銫原子的玻色-愛因斯坦凝聚態(BEC)的實驗過程中創造這一紀錄的。參與研究的科學家大衛·普裏查德介紹說,將氣體冷卻到極端接近絶對零度的條件對於精確測量具有重要意義,他們的此次實驗成果有助於製造更為精確的原子鐘和更為精確地測定重力等。
  玻色-愛因斯坦凝聚態是物質的一種奇特的狀態,處於這種狀態的大量原子的行為像單個粒子一樣。這裏的“凝聚”與日常生活中的凝聚不同,它表示原來不同狀態的原子突然“凝聚”到同一狀態。要實現物質的該狀態一方面需要達到極低的溫度,另一方面還要求原子體係處於氣態。華裔物理學家朱棣文曾因發明了激光冷卻和磁阱技術製冷法而與另兩位科學家分享了1997年的諾貝爾物理學奬。
  科學家說,他們希望利用新達到的最低溫度發現一些物質的新現象,諸如在此低溫下原子在同一物體表面的狀態、在限定運動通道區域時的運動狀態等。因發現了“鹼金屬原子稀薄氣體的玻色-愛因斯坦凝聚”這一新的物質狀態而獲得了2001年諾貝爾物理學奬的德國科學家沃爾夫岡·剋特勒評價說,首次達到絶對零度以上1納開以內的溫度是人類歷史上的一個里程碑。
百科辭典 Encyclopedia
  juedui lingdu
  絶對零度
  absolute zero
    從熱力學第二定律引入的熱力學溫標上的最低溫度。根據低溫下的許多實驗事實,人們總結出一個重要的規律:不可能用有限的手續使物質係統的溫度降低到絶對零度。這個規律叫做絶對零度不能達到原理,也稱熱力學第三定律。
    絶對零度不能達到原理顯然不能用實驗直接證明,但是,由於它的一切推論同實驗觀測相符合,因而得到公認。雖然絶對零度不可能達到,但是人們可以設法盡量接近它。衹要溫度不是絶對零度,就有可能使之進一步降低,不過溫度越低,降溫工作就越睏難。
    由於絶對零度不可能達到,因而物質在絶對零度下的性質,衹能根據可能達到的低溫(如1K或0.01K等)下的測量結果外推得到。其中一個重要的結果是,當溫度趨近於絶對零度時,物質在任何過程中的比熱容趨近於零。
    絶對零度並不意味着在此溫度下構成物質的微觀粒子完全不再運動或其能量完全等於零。根據量子理論,即使在絶對零度下,粒子的運動也不完全停止,實際上,即使在0K,固體中的原子也有不可忽視的能量聚集在它所能允許的最低振動能態上。
     (劉啓纔)
    
英文解釋
  1. :  Jueduilingdu
  2. n.:  absolute zero
包含詞
絶對零度凍氣起點為絶對零度絶對零度的戀人
絶對零度伏特加絶對零度的啤酒元素英雄絶對零度俠