溫度的定義是延續(xù)了經(jīng)典物理的概念(更確切的說(shuō)是經(jīng)典的熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理)。溫度定義為系統(tǒng)中粒子(包括分子,原子,電子等等)熱運(yùn)動(dòng)的大小,更確切的說(shuō)是系統(tǒng)中粒子動(dòng)能的大小。宇宙中最高的溫度是普朗克溫度,也就是1.4億億億億攝氏度。宇宙中最低溫度是逼近絕對(duì)零度,也就是逼近-273.15℃。 因?yàn)橛钪嬖?jīng)達(dá)到過(guò)最高的普朗克溫度,而沒(méi)有達(dá)到過(guò)最低的絕對(duì)零度。宇宙大爆炸得第一個(gè)瞬間的溫度就是普朗克溫度。 按照麥克斯韋-玻爾茲曼分布。我們已經(jīng)知道溫度的本質(zhì)就是微觀粒子運(yùn)動(dòng)程度的體現(xiàn)。微觀粒子運(yùn)動(dòng)越劇烈,其在宏觀上的表現(xiàn)就是溫度越高。 比如,為什么開(kāi)水會(huì)讓你的手感到很燙?那是因?yàn)殚_(kāi)水內(nèi)的水分子劇烈運(yùn)動(dòng),當(dāng)你的手觸碰到這些劇烈運(yùn)動(dòng)的水分子后,就會(huì)吸收它們的動(dòng)能。導(dǎo)致手中的分子運(yùn)動(dòng)程度增大,并且刺激到神經(jīng),并感受到了燙。 那么最低溫度在理論上就是把微觀粒子的運(yùn)動(dòng)程度降到最低。理論上最低的溫度就是沒(méi)有物質(zhì)運(yùn)動(dòng),沒(méi)有輻射的地方,這就是理論上的絕對(duì)零度。不過(guò)宇宙中不存在這樣的地方。宇宙空間本來(lái)就充滿(mǎn)著各種電磁波,即便再黑暗的地方,或多或少還是殘留著電磁波的。電磁波就具有能量,這些能量就是溫度的體現(xiàn)。如果宇宙中存在某一空間,并且完全真空,不存在任何光子。那么這一空間的溫度就是絕對(duì)零度嗎? 任何空間或系統(tǒng),總是存在各種各樣的能量和熱量,他們相互轉(zhuǎn)化而且永不消逝。除非某個(gè)系統(tǒng)或空間從一開(kāi)始就沒(méi)有任何形式的能量和熱量。這樣的系統(tǒng)顯然是不存在的。所以實(shí)際上,真實(shí)世界的最低溫度只能無(wú)限逼近絕對(duì)零度,而不能達(dá)到這一數(shù)值。 雖然絕對(duì)零度不能達(dá)到,科學(xué)家還是可以通過(guò)技術(shù)手段去接近這個(gè)溫度點(diǎn)。主要技術(shù)手段有激光制冷和傳統(tǒng)的蒸發(fā)制冷。既然溫度是粒子運(yùn)動(dòng)快慢的反應(yīng),那么當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)速度接近為零的時(shí)候,溫度就對(duì)應(yīng)著最低。基于這種樸素的想法,激光冷原子技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。用多束激光去反方向轟擊單個(gè)粒子使其減速為零(當(dāng)然,只能接近零),這樣整個(gè)系統(tǒng)的溫度就接近絕對(duì)零度了。 人們征服低溫的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了很多有意思的事情。最直觀的就是各種氣體的液化和固化。此外還有低溫超導(dǎo)現(xiàn)象,磁有序現(xiàn)象。因?yàn)楹芏嘣踊螂x子都帶有磁性,在構(gòu)成晶體的時(shí)候,由于高溫的熱擾動(dòng),使得這些磁矩像氣體一樣隨機(jī)排列。當(dāng)溫度降低到某個(gè)特定值的時(shí)候,這些磁矩就會(huì)像原子組成晶體一樣有序的排列起來(lái)。大部分磁性材料的磁有序都是在低于室溫的時(shí)候出現(xiàn)的。 |
|