Question

探索极限温度：绝对零度与最高温度

Answer 1

提起极限温度，我们首先想到绝对零度，一个充满神奇与未知的极限低温。接近绝对零度，我们会看到超导电性、永不消失的电流、以及突然消失的电阻、还有没有粘滞性的液体。

宇宙冰箱布莫让星云温度是最接近负二七三点一五摄氏度的地方。与绝对零度相对的热是否无有尽头？冷似乎是有极限的尽头。

物理学家发现，气体每冷却一度，其体积就会缩小到凝结点时体积的二七三分之一，这就是著名的查理定律，它讲述的是理想气体被冷却的过程。

当气体冷却到一定温度后它总是先变为液体，然后又在更低温度变为固态。温度是衡量物质分子运动速度的，本质是分子运动的快慢。绝对零度，理论上物质的分子和原子全部停止运动，以及原子核外的电子也会停止运动。

广义上，所有运动的粒子都停止运动，这就是绝对零度，但是，这个极限温度无法在任何实验中达到。

粒子能运动，就会拓展空间。而极限零度，分子或原子之间是没有空隙的，电子不必受到原子的吸引，原子跳跃也没有距离的，这是电阻消失的原因。当温度无限接近绝对零度时，原子间的距离就无限接近趋于零，原子之间距离接近为零，电子的转移需要的能量很少，很小的电压就能导电，这便是超导体。

绝对零度似乎能恐怖的冻僵一切！有人推断，绝对零度时光波也无法传播。光是一种能量，电子获得了额外的能量会发光，热效应也能产生的光，原子跃迁会产生光，带电粒子加速运动也会产生的光。量子物理学指出：光线越强，代表着光量子越多。

绝对零度如果可以达到，粒子停止运动，失去所有能量。绝对零度时，光消失了？光子必须具备动能，才能传递，绝对零度导致光也无法正常传播。

已知，氦在接近绝对零度时会变得异常。氦原子的相互作用与原子质量都很小，既难液化也难凝固。绝对零度时，其性质会发生突变，成为超流体，可以奇怪的沿着容器壁向上流动。而且，氦的熔点极低，达到负的二七三摄氏度，也难以将它变为固态。绝对零度时，有的学说认为物质的引力场也消失了，达到一种新的相。

物质在接近绝对零度时，与传统的气、液、固等不同，称为超原子。按理说，达到绝对零度，所有元素会聚集在一起，宇宙会形成一个整体，黑洞也会消失。

科学家发现，超低温的分子会导致偶极矩的产生，反而显得稳定。非常接近绝对零度时，会出现十分奇特的现象，形成非同寻常的物质形态。接近绝对零度，量子力学认为，分子并不会乱跑，而是形成波动，有猜测摩擦力会消失。

现在可以用激光和磁场制冷，期望在实验中看到一些物质的不同状态。在月球背面，低温也可以达到负的二四九摄氏度，月球背面也显得神秘莫测。

微观粒子处于理论上最低温度时不再震动或旋转。超低温时的量子世界会是什么样的？物理学称为玻色-爱因斯坦凝聚。这种状态下，几乎全部原子都聚集到能量最低的量子态，形成一个宏观的量子状态。玻色子，其中包括光子和氦-4之类的原子，可以分享同一量子态。此时，所有的原子就象一个原子一样，具有完全相同的物理性质。

光在凝聚内的速度会骤降，可以达到极慢的数米每秒。自转的玻色-爱因斯坦凝聚类似黑洞，能够捕获光线。在凝聚消失时，光芒又会逃逸出来。束缚的磁场也达到最低能级。有观点认为：接近绝对零度，还有望找到反物质。

在半人马座，距离地球五千光年的布莫让星云，温度仅比绝对零度高一点一五个度数，是宇宙空间中已知的最冷地方。

布莫让星云是由从一颗恒星的核心逸流出的气体形成的，在进入太空之后很快速的膨胀，这种膨胀有制冷效果。与氟利昂类似，膨胀吸热，向内卷吸收热量。

在近年来的观测发现，这个星云的外缘似乎在逐渐变暖，布莫让星云也是宇宙中奇特的地方。如果低温世界物极必反会发生什么？

所有原子同时离开，是否会迅速完成重构，还是会保持缓慢的恢复；还是核外电子一下子全部飞出去了，产生出各种各样的射线？会在极短时间内产生极限高温吗？

大多数人认为，宇宙中的高温是无界限的，根据能量守恒，总能量是有限的，叠加在一起便是极限高温吗？

绝对零度也会使宇宙中的基本粒子的动能失去，却违反了量子力学中的不确定性原理，宇宙中不能存在静止不动的粒子，也就是说绝对零度无法达到。

宇宙大爆炸学说认为，宇宙有起源，炸开的那一刻便是极限高温，通过质能转化为能量，能量大约是十的一百零三次方开尔文温度。能量聚集在一个很小的空间内，就是一个黑洞。

这样看来，极限高温更加可望而不可及，同样无法达到，而我们所处的宇宙空间之外还有什么？我们还看不清楚。人类只能通过估算去推测。

这样看来，温度不但有下限，也有上限，同样高得离谱。科学家相信，宇宙中出现过这样的温度，宇宙大爆炸发生时只有十的负四十三分之一秒，宇宙从此诞生。