本文出席百家号#科学了不起#系列征文赛。
想必你一定晓得绝对零度是-273.15℃,那问题来了,为何绝对零度会是这个数字?会不会随着我们认知的提高,绝对零度也发生改变?
虽然,答案很其实,绝对零度并不会改变。那具体是咋回事呢?
明天,我们来聊一聊这个问题。
室温
要认清楚这个问题之前,我们要先弄明白一个问题:体温是哪些?或则说分子热运动和温度的关系,为何我们就能感遭到体温的存在?这个问题的本质是在问:热究竟是哪些?
一开始确实困惑着科学家们,一开始有人觉得“热”是一种物质,就好象空气一样附着在物体上,这也被称为热质说。但后来科学家发觉这个解释行不通,尤其是我们发觉:磨擦也可以生热。
因而,基于“摩擦生热”的现象,科学家就在思索:热会不会是一种运动?
这也招来了一群科学家进行研究,但是她们提出了“热现象”的微观解释:物体分子热运动。因而,气温也就是物体分子热运动的剧烈程度。
那该怎么去理解呢?我们晓得,物体都是由微观粒子构成的,例如:水是由水份子构成。但这种微观粒子并不是整整齐齐,一个紧挨到一个地排列在一起。实际上,它们的状态更像是横七竖八地四处乱逛。
我们觉得到一个物体气温高,实际上就是这种微观粒子,从整体上看运动得很剧烈,我们用分子的平均动能来评判。也就是说,当气温越高时,分子的平均动能就越大,反之亦然。
绝对零度是哪些样的?
晓得了气温究竟是哪些,虽然也就很容易推出绝度零度。因为气温和分子的热运动有关,因而,绝对零度理所应该就是分子热运动最不剧烈所对应的气温,或则说分子几乎不动所对应的气温,通过这个结论,我们就晓得,绝对零度应当对应的是-273.15℃。
其实,这儿我们要补充一点,我们热力学定理大多都是18-19世纪提出来的,随着科学的发展,人类的认知也在提高。20世纪诞生了现代化学学的两大支柱。其中,量子热学是微观世界的主流理论。而在量子热学中有一条基石理论:不确定性原理。这是有科学家海森堡提出来的。
他觉得,一个微观粒子的位置信息和动量信息是不可能同时被我们观测到的,假如你把位置信息测得很准,那动量信息就不准了;同样地,假若你把动量信息测得很准,位置信息也就不准了。
随着20世纪实验化学学的发展,不确定性原理早已被证明是极其坚实的理论了。因而,根据不确定性原理,绝对零度时,微观粒子不可能是静止的。
假如微观粒子是静止的,我们就可以同时晓得微观粒子的位置信息和动量信息了,这违反了海森堡不确定原理。所以,微观粒子在最低能量状态时,也应当是在一定范围内震动。
从绝对零度的定义来看,未来无论科学怎样发展,这个气温都不可能变。这是由于绝对零度所对应的是微观粒子的平均动能在量子热学的最低时的气温,不可能出现比最低还要低的情况。因而,不可能出现比绝对零度还要低的气温。
除了这么,应当说,连绝对零度都是不可能达到的。为何如此说呢?
绝对零度能达到么?
这来自于热力学第三定理。这个定理是如此叙述的:
理想状态下,所有纯物质的完美晶体趋近于绝对零度时,熵值为零。
或则说,绝对零度不可达到。
这个定理最早是由瓦尔特·能斯特总结而至的,是热力学四大定理之一。
虽然要理解这个理论,我们可以来想像一下,假如你要让气温增加,你会怎么做?
热的传递通常分为三种方式:热对流、热传导、热幅射。
无论用哪些样的办法,假如要让物体降温,我们就得借助更低湿度的东西来给它降温。问题是绝对零度早已是最低气温了,我们怎么拿一个比绝对零度的东西来给它降温呢?
其实分子热运动和温度的关系,对于热力学第三定理,好多科学家是很乐意挑战的,她们用"绝热去磁”来降温,用这个办法实现了只比绝对零度高5*10^-10K,但仍然没能达到0K。
总结
绝对零度是微观粒子的平均动能,在量子热学的最高点时所对应的体温。依据热力学第三定理,绝对零度是不可能达到,更不能存在比绝对零度还要低的气温。