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273.15℃?隨著認知的提高,這個數值會改變嗎?

更新時間:2023-10-12 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

本文出席百家號#科學了不起#系列征文賽。zfs物理好資源網(原物理ok網)

想必你一定曉得絕對零度是-273.15℃,那問題來了,為何絕對零度會是這個數字?會不會隨著我們認知的提高,絕對零度也發生改變?zfs物理好資源網(原物理ok網)

雖然,答案很其實,絕對零度并不會改變。那具體是咋回事呢?zfs物理好資源網(原物理ok網)

明天,我們來聊一聊這個問題。zfs物理好資源網(原物理ok網)

室溫zfs物理好資源網(原物理ok網)

要認清楚這個問題之前,我們要先弄明白一個問題:體溫是哪些?或則說分子熱運動和溫度的關系,為何我們就能感遭到體溫的存在?這個問題的本質是在問:熱究竟是哪些?zfs物理好資源網(原物理ok網)

一開始確實困惑著科學家們,一開始有人覺得“熱”是一種物質,就好象空氣一樣附著在物體上,這也被稱為熱質說。但后來科學家發覺這個解釋行不通,尤其是我們發覺:磨擦也可以生熱。zfs物理好資源網(原物理ok網)

因而,基于“摩擦生熱”的現象,科學家就在思索:熱會不會是一種運動?zfs物理好資源網(原物理ok網)

這也招來了一群科學家進行研究,但是她們提出了“熱現象”的微觀解釋:物體分子熱運動。因而,氣溫也就是物體分子熱運動的劇烈程度。zfs物理好資源網(原物理ok網)

那該怎么去理解呢?我們曉得,物體都是由微觀粒子構成的,例如:水是由水份子構成。但這種微觀粒子并不是整整齊齊,一個緊挨到一個地排列在一起。實際上,它們的狀態更像是橫七豎八地四處亂逛。zfs物理好資源網(原物理ok網)

分子熱運動和溫度的關系_分子熱運動和溫度的關系_分子熱運動和溫度的關系zfs物理好資源網(原物理ok網)

我們覺得到一個物體氣溫高,實際上就是這種微觀粒子,從整體上看運動得很劇烈,我們用分子的平均動能來評判。也就是說,當氣溫越高時,分子的平均動能就越大,反之亦然。zfs物理好資源網(原物理ok網)

絕對零度是哪些樣的?zfs物理好資源網(原物理ok網)

曉得了氣溫究竟是哪些,雖然也就很容易推出絕度零度。因為氣溫和分子的熱運動有關,因而,絕對零度理所應該就是分子熱運動最不劇烈所對應的氣溫,或則說分子幾乎不動所對應的氣溫,通過這個結論,我們就曉得,絕對零度應當對應的是-273.15℃。zfs物理好資源網(原物理ok網)

其實,這兒我們要補充一點,我們熱力學定理大多都是18-19世紀提出來的,隨著科學的發展,人類的認知也在提高。20世紀誕生了現代化學學的兩大支柱。其中,量子熱學是微觀世界的主流理論。而在量子熱學中有一條基石理論:不確定性原理。這是有科學家海森堡提出來的。zfs物理好資源網(原物理ok網)

他覺得,一個微觀粒子的位置信息和動量信息是不可能同時被我們觀測到的,假如你把位置信息測得很準,那動量信息就不準了;同樣地,假若你把動量信息測得很準,位置信息也就不準了。zfs物理好資源網(原物理ok網)

隨著20世紀實驗化學學的發展,不確定性原理早已被證明是極其堅實的理論了。因而,根據不確定性原理,絕對零度時,微觀粒子不可能是靜止的。zfs物理好資源網(原物理ok網)

假如微觀粒子是靜止的,我們就可以同時曉得微觀粒子的位置信息和動量信息了,這違反了海森堡不確定原理。所以,微觀粒子在最低能量狀態時,也應當是在一定范圍內震動。zfs物理好資源網(原物理ok網)

從絕對零度的定義來看,未來無論科學怎樣發展,這個氣溫都不可能變。這是由于絕對零度所對應的是微觀粒子的平均動能在量子熱學的最低時的氣溫,不可能出現比最低還要低的情況。因而,不可能出現比絕對零度還要低的氣溫。zfs物理好資源網(原物理ok網)

除了這么,應當說,連絕對零度都是不可能達到的。為何如此說呢?zfs物理好資源網(原物理ok網)

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絕對零度能達到么?zfs物理好資源網(原物理ok網)

這來自于熱力學第三定理。這個定理是如此敘述的:zfs物理好資源網(原物理ok網)

理想狀態下,所有純物質的完美晶體趨近于絕對零度時,熵值為零。zfs物理好資源網(原物理ok網)

或則說,絕對零度不可達到。zfs物理好資源網(原物理ok網)

這個定理最早是由瓦爾特·能斯特總結而至的,是熱力學四大定理之一。zfs物理好資源網(原物理ok網)

雖然要理解這個理論,我們可以來想像一下,假如你要讓氣溫增加,你會怎么做?zfs物理好資源網(原物理ok網)

熱的傳遞通常分為三種方式:熱對流、熱傳導、熱幅射。zfs物理好資源網(原物理ok網)

無論用哪些樣的辦法,假如要讓物體降溫,我們就得借助更低濕度的東西來給它降溫。問題是絕對零度早已是最低氣溫了,我們怎么拿一個比絕對零度的東西來給它降溫呢?zfs物理好資源網(原物理ok網)

其實分子熱運動和溫度的關系,對于熱力學第三定理,好多科學家是很樂意挑戰的,她們用"絕熱去磁”來降溫,用這個辦法實現了只比絕對零度高5*10^-10K,但仍然沒能達到0K。zfs物理好資源網(原物理ok網)

總結zfs物理好資源網(原物理ok網)

絕對零度是微觀粒子的平均動能,在量子熱學的最高點時所對應的體溫。依據熱力學第三定理,絕對零度是不可能達到,更不能存在比絕對零度還要低的氣溫。zfs物理好資源網(原物理ok網)

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