美国“龙飞船”搭载四名“游客”前往空间站开始旅行。有机会去太空看看。

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乘龙飞船返回地球的四位宇航员

一定有人想去宇宙的“极地”观光,感受一下那里的寒冷,那么你知道宇宙最冷的地方在哪里吗?它是距离地球5000光年的回旋镖星云,那里的温度大约是负272℃

非常接近绝对零。那么,绝对零度是多少度?有没有更低的温度?现实世界中是否存在绝对零?低温世界会出现什么奇观?

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宇宙中最冷的地方——回旋镖星云

既然绝对零这么厉害,是不是也能冻结光呢?如果是这样,它是冻结成一根棍子还是一个波浪?

绝对零的百年探索

作为对温度感知非常敏感的生物,人类非常关注每天的温度变化。当我们进一步探索温度的时候,我们发现了这样一个惊人的事实,宇宙中的高温可以达到亿万,即使加上这个“亿”的次方也只能达到负273.15℃。这种巨大的差异让很多人都非常疑惑,接下来我们就来详细说说到底是怎么回事。

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绝对零度约为-273.15℃

绝对零度的具体值约为-273.15℃,是热力学中的最低温度,也称为0K。回顾绝对零的探索历史,我们会发现从19世纪开始就有很多科学家在研究它。直到现在,绝对零仍然是研究领域的“热点”

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开尔文温度和摄氏温度对比图

很多人可能会说这个研究了几百年,总得有个结论吧?不幸的是,我们上面提到的-273.15°C只是科学家估计的一个值。即使经过这么多年的研究,我们仍然没有达到真正的“绝对零”。只是为了不断靠近它。

为什么绝对零值和宇宙的高温极限会有如此巨大的差异?我们有机会达到绝对零吗?

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强烈移动的太阳

要回答这两个问题,我们需要从温度本身说起。

温度与原子运动密切相关。我们常说“动如兔,静如处女”,用这两个词来形容原子在不同温度下的状态再合适不过了。

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粒子运动越快,温度就越高

需要注意的是,这里的“运动”程度有很大的空间,粒子运动越快,温度就会变得越高。至于“静”的下限,只能接近于0,即完全静止,但原子不可能完全静止。例如,气体的体积会随着温度的降低而缩小,所以当温度达到绝对零时,气体的体积就变成了0

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原子结构模型

所以根据温度和原子的关系可以得出“绝对零”只能在理论上存在,现实中是不是不可能得到这个温度?可能现在做的所有实验都是为了逼近这个值,毕竟这也是一种进步。

既然绝对零那么强大,不管这里是什么东西,都有被“冰冻”的可能,那么如果这个时候让“光”申请战斗,会看到什么样的结果呢?光会被冻结成棍子还是波浪?

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“寒夜灯柱”

能把光冻住吗?

首先,我们需要明确一点,绝对零目前是无法达到的,所以这个实验只能是想象。从实用的角度来说,绝对零不能冻结光,为什么这么说呢?

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分子运动速度与温度

因为我们上面说了温度的高低与其中原子的状态密切相关,所以绝对零处的原子理应处于“绝对静止”的状态.这时,如果有光介入,光中的原子就会打破这种静止状态。简单来说,光带来运动的原子,而这些运动的原子会打破静止状态,使它们升温。它不再是绝对的零。

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美丽的光环

而当我们只是基于理论进行猜测时,我们可以想象被称为“全宇宙最快”的光,当它被“固定”时,会呈现出什么样的形态.如果让大家猜一猜,你支持光变成“棒”状还是“波”状?

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让我们来谈谈棍子形状的想法是如何产生的。这种认识主要基于几何光学。”即直线传播。因此,很多人觉得,如果这样发出的光被绝对零冻结,肯定会变成一根笔直的“棍子”。

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光的传播

那么如果是以波的形式呢?这是从光的“波动论”说起,首先提出光是粒子的牛顿用相关实验证明了他的观点。但后来,惠更斯在与牛顿商量后,认为光应该是“涨落的”,并很快展开了新的实验。

在光的“波动论”中,认为光本质上是一种“机械波”“机械波”,所以大家认为光会变成波大概是因为他们认为这个说法比较可信。值得一提的是,根据光波动的传播理论,冻结的可能不只是“一波”而是“几波”。

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金色粒子光

另外,对于光是什么,爱因斯坦结合了粒子和波这两种有争议的观点,提出光具有波粒二象性。的确,在长达一个世纪的争论中,这两种观点都不能完全证明对方是错的。不如“取其精华,去其糟粕”,然后巧妙地综合起来,得出正确的理论。

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光的本质是特定频段的光子流动

上面我们讨论了大众对光的不同认知是其“形”变的主要原因。当然,这一切都是在理论上实现的。如果真的要在现实中做这个实验,也是没有办法的。一是无法达到绝对零,二是即使达到了,光的介入也会打破这个“极限”。在这种情况下,实验是没有意义的。

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散光

但这并不妨碍我们敞开心扉。相信除了棍子和波浪,还有人想象过其他的形状。事实上,当科学家探索绝对零时,他们发现“超低温世界”中有许多奇妙之处。比如你看不见的气体,在低温下会变成“神奇的流体”

超低温世界的奇观

气体是生活中存在的东西,却很少被人们注意到。就像空气一样,我们知道它不可或缺,但我们无法描述它“长什么样”,我们只知道它离不开我们的身边。

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空气会变成淡蓝色的液体

然而,当科学家在绝对零温度下进行实验时,发现超低温可以让这些肉眼看不见的气体“现身”,相当“妖镜”.以我们的空气为例,当温度达到-190摄氏度时,空气就会变成淡蓝色的液体。更神奇的是,此时如果折断一朵花,放在液态空气中,它还能变成一朵“玻璃花”,口感酥脆。

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“易碎”花

当然,如果继续降温,气体形态又会发生变化。以氧气为例,当的温度接近绝对零时,氧气就会变成“粒子”,颜色也会变成白色。

这些气体的变化,已经让人觉得很神奇了。那么,我们就来说说超低温环境下千变万化的金属吧。温度计里的水银也不会流动

温度计里的水银如果遇到低温就不会再流动了,但是会变得特别硬.所以从这一点就可以看出,如果要用生活中常见的“水银温度计”来测试超低温的温度,恐怕是行不通的。

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在低温环境下,物体更加脆弱

而在现实世界中非常坚固的在低温环境下变得脆弱。简单来说,现实世界中人们很难把家里的不锈钢器具弄坏,最多只会让外观“参差不齐”。但如果是在超低温环境下,不锈钢制品就和陶瓷碗一样,更夸张,不掉,轻轻一碰就会“被压碎”

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可见人们在探索绝对零的过程中发现了很多神奇的东西,也算是一种收获。而且随着科学技术的进步,我们离负273.15℃这个数值也越来越近了。只要差距不断缩小,就证明研究是有意义的。期待未来的科学家们能够在实验中更接近“绝对零”,向我们展示低温世界的奇异景象!