为何宇宙最低温度会被限制为-273.15℃？
宇宙最低温度之所以会被限制为-273.15℃，其实是因为这个温度值是科学家通过理论和实验计算出来的宇宙温度在理论上的下限值，下面我们来具体讲一下。
温度是一种用来表示物体冷热程度的物理量，想要讨论温度，首先就得给温度定义一个计量单位，怎么定义呢？
我们知道，在1个标准大气压下，水的冰点和沸点都是固定的，这显然可以当作一个非常好的参考。
所以1742年的时候，瑞典物理学家安德斯·摄尔修斯（Anders Celsius）提出，在1标准大气压下，沸水的温度可以记为0度，而冰水的温度可以记为100度，这两者之间可以分为100等分，每一等分就是1度，而这就是我们常用的温度计量单位——摄氏度（℃）的由来。
（安德斯·摄尔修斯）
看到这里你肯定要问了，这是不是搞反了，难道不是冰水的温度是0度，沸水的温度是100度吗？其实并没有搞反，摄尔修斯当时提出这种定义，是为了避免在测量温度时因为低于水的冰点而出现负数。
后来人们觉得这种定义很不方便，毕竟从直觉上来看，数值越大，温度就应该越高，另一方面来讲，比沸水更高的温度也是存在的，出现负数依然不可避免，于是人们干脆就将这种定义反过来了，并一直沿用至今。
早在16世纪，著名物理学家伽利略就发现了气体的热胀冷缩现象，而有了“摄氏度”的定义以及精确测量温度的技术之后，人们就可以更深入地研究温度对气体体积的影响。
在1787年的时候，法国物理学家雅克·查尔斯（Jacques Charles）对多种气体进行了实验，他的实验结果表明，在压强不变的情况下，这些气体的温度每升高1℃，体积的增加量总是一个固定的值，大概是其在0℃时体积的273分之1。
（雅克·查尔斯）
意思就是说，假设一团气体在温度为0℃的时候的体积为1立方米，那么当温度提升到1℃的时候，其体积就会增加大约0.00366立方米（其在0℃时体积的273分之1），也就是1.00366立方米，提升到2℃的时候，其体积又会增加0.00366立方米，也就是1.00732立方米，接下来也是这样累加，比如说温度提升到100℃的时候，这团气体的体积就增加到了1.366立方米。
1802年，英国物理学家盖-吕萨克（Gay-Lussac）据此提出了“查尔斯定律 ”（也称“盖-吕萨克定律”），该定律指出，在恒定压力下，理想气体的体积与其温度成正比，而雅克·查尔斯测量出的“273分之1”，则被当作压力不变时气体的体积膨胀系数。
（盖-吕萨克）
到了19世纪中叶，人类的测量技术得到了较大的进步，科学家在实验室中将这个膨胀系数精度提升到了273.15分之1。
想象一下，既然在恒定压力下，一团气体的温度每升高1℃，其体积的增加量总是其在0℃时体积的273.15分之1，那这团气体的温度每降低1℃，其体积的减少量就同样也是其在0℃时体积的273.15分之1。
简单计算后就可以得出，对于一团初始温度为0℃的气体来讲，当温度降低至-273.15℃的时候，这团气体的体积就为零（前提是压力是恒定的）。显而易见的是，一团体积为零的气体是不可能存在的，而这也就意味着，-273.15℃是不可能达到的。
（开尔文勋爵）
1848年，被誉为“热力学之父”开尔文勋爵在其论文《关于一种绝对温标》中，提出了一种与测温物质的属性无关的纯理论上的温标，将这种“绝对温标”将理论上的温度下限值，也就是-273.15℃设为“绝对零度”，并以摄氏度作为其单位增量。
是的，这种温标也就是后来的热力学温标，其单位为K（开尔文），根据定义，1K的温度变化与1℃相等，只是两者的计算起点不同而已，两者可以简单地用“K = ℃ + 273.15”来进行换算，比如说1℃，就相当于274.15K。
在接下来的时间里，随着科学的进步，人们也清楚了宇宙中温度的本质，其实就是物体内部微观粒子热运动的激烈程度，所以“绝对零度”对应的温度当然就是“物体内部微观粒子的热运动的激烈程度为零”。
用大白话讲就是，如果一个物体内部所有的微观粒子都完全静止不动了，那么这个物体的温度就是“绝对零度”，也就是-273.15℃。显而易见的是，这样的情况并不会发生，因为在我们所在的宇宙中，根本就找不到完全静止不动的微观粒子。
另一方面来讲，根据量子力学中的“不确定性原理”，宇宙中基本粒子的位置和动量不可能同时精确地确定，而假如一个物体真的达到了-273.15℃，就意味着基本粒子的位置和动量可以同时精确地确定，这就违反了量子力学，所以这个温度也是不可能达到的。
综上所述，-273.15℃其实是科学家们根据宇宙中的实际情况定义出的温度下限值，而这就是宇宙最低温度被限制为-273.15℃的原因，从理论上来讲，宇宙中任何物质的温度最多也就只能无限地接近这个温度，却不可能达到或者低于这个温度。
物声科技2024
2024-10-28 广告
