为什么低温有绝对零度,而高温却没有绝对热度?原因是什么?
因为绝对零度下,一切原子和粒子的运动都会被冻结;而高温不会。我们都知道,宇宙中,一直以来都有着一个“极限低温”。在物理学中,它被命名为“绝对零度”。一般,是零下二百七十三度;这代表着温度的下限;但是,宇宙有极限低温,但好像没有极限高温。零上两百七十三度是极限吗?别开玩笑了,太阳表面就八千摄氏度了;地球内核的温度,更是在三万摄氏度以上。
宇宙中存在最高温度
既然运动决定温度,如果分子速度无限快,动能无限大,温度不就可以无穷大了?既然是物质就要遵守物质的基本法则,物质的速度是有极限的。《狭义相对论》中描述了信息、能量的传播无法超越光速,静止质量不为零的物质无法达到光速,只能无限接近,因此温度也有了上限。
除此之外,宇宙万物都源于最初那场炙热的能量喷发,因此最高温就是把整个宇宙压缩回去,在那个极度致密,快要井喷之时所具有的温度。物体辐射出的电磁波,波长越短,能量越大,辐射温度也就越高。在黑体辐射理论中,物理学家普朗克发现了能量不是连续的,而是一份一份的。每一份不可能再分割的最小单位称之为量子。
绝对零度
绝对零度时,粒子实际上也还在动。按照热力学定律,绝对零度是无法触达的,所以我们测不到绝对零度,只能通过理论得到。而在量子力学中存在着一个基石理论叫做不确定性原理,也有的人把这个理论翻译是叫做测不准原理。这是物理学家海森堡提出来的,他发现,粒子的两个参数,动量和位置是没有办法同时测准的。测准了动量,位置就不准了;测准了位置,动量就没法测准了。
说白了,我们根本没有办法同时知道粒子的速度和位置,这是由粒子本身的属性所决定。如果粒子静止不动,那我们就可以同时知道它的位置和速度,这是违反量子力学的理论的。因此,实际上,绝对零度时,粒子其实还是在小范围内振动的,而不是完全不动了。
结语
说到这里,我想起了如今有一项很前沿的技术,叫做“激光制冷”。一般情况下,激光只能用于加热,因为电磁波将能量传递给物体,引起物体内能的增加。但由于温度与原子振动存在直接关系,激光也可以对原子施加一个反向的作用力,将原子分子的振动幅度大大减小,从而实现将其降温的目的。目前的低温极限大多是用这种方法实现的,已经非常接近绝对零度了。