真牛所深度科普：达到绝对零度零下273.15度会怎样？连光都会被冻住！

温度，这个我们日常生活中习以为常的物理量真牛所，掌控着生活的方方面面。从清晨醒来决定穿什么衣服，到选择何种食物，温度都在其中扮演着关键角色。

图片真牛所

炎炎夏日，空调送出的冷风、冰箱里的冷饮，成为我们对抗高温的利器；数九寒冬，暖气带来的温暖、热饮传递的热量，帮我们抵御严寒。温度，不仅影响着我们的舒适度，还与健康息息相关，极端的高温或低温都可能对身体造成伤害。

从物理学的角度来看，温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上它是物体分子热运动的剧烈程度的体现。

图片

当物质受热时，其内部的分子或原子运动会加快，导致物质体积增大；而当物质受冷时，分子或原子的运动会减缓，物质体积则相应减小，这便是热胀冷缩现象的原理。

我们常用的温度计，正是利用了这一特性，通过液柱的升降来直观展示温度的变化。在标准大气压下，我们将冰水混合物的温度定为 0 摄氏度，水沸腾的温度定为 100 摄氏度，这中间的范围被均分为 100 份，每一份代表 1 摄氏度，这就是我们日常生活中最常用的摄氏温标。

然而，温度的内涵远不止于此，它还在许多领域发挥着关键作用。在工业生产中，对温度的精确控制关乎产品质量与生产安全；在科学研究里，温度常常是影响实验结果的关键变量；在气象学中，温度是天气预报的重要参数，影响着降水、风力等天气要素。温度，就像一只无形的手，操纵着世界的运转，塑造着我们的生活体验。

那么，在温度的范畴里，有没有一个极限呢？当温度降低到极致，会发生什么奇妙的事情？这就不得不提到神秘的绝对零度 —— 零下 273.15 摄氏度。

图片

绝对零度的概念在热力学中具有极其重要的理论意义，它是热力学温标的零点，代表着自然界中任意一个系统在平衡条件下可以趋近的最冷状态，是热力学理论中温度的下限值。

根据热力学第三定律，仅使用热力学手段无法达到绝对零度，因为被冷却物质的温度只能渐近地接近冷却剂的温度。即使一个系统处于绝对零度，它仍然会拥有量子力学零点能量，即绝对零度时基态的能量，基态的动能不能被去除。这一理论的提出，不仅完善了热力学体系，也为科学家们探索低温世界提供了重要的理论框架。

绝对零度概念的诞生，是科学家们不断探索、研究的结果，它为我们打开了一扇通往低温世界的大门，让我们对物质的性质和行为有了更深入的理解。

那么，当物质接近绝对零度时，会发生哪些神奇的现象呢？

1.分子静止

在我们的日常生活中，物质内部的分子始终处于永不停息的热运动之中。无论是一杯温暖的水，还是一块看似冰冷的石头，其内部的分子都在以不同的速度振动、旋转和移动。

图片

温度，作为分子热运动剧烈程度的宏观体现，当温度发生变化时，分子的运动状态也会相应改变。温度升高，分子获得更多的能量，运动变得更加剧烈；温度降低，分子的能量逐渐减少，运动速度随之减慢。

当温度无限接近绝对零度时，一场微观世界的奇妙变革悄然发生。根据热力学原理，在绝对零度下，分子的动能降为零，它们的热运动完全停止，时间被按下了暂停键。这种分子静止的状态，对物质的性质和行为产生了深远的影响。

从物质的状态来看，原本呈气态的物质，如氧气、氮气等，在接近绝对零度的过程中，分子间的距离逐渐缩小，相互作用力增强，最终会液化，甚至凝固成固体。这是因为分子的热运动不再足以克服分子间的引力，它们被紧紧束缚在一起，形成了更为紧密的结构。

物质的物理性质也会发生显著变化。以金属为例真牛所，在常温下，金属中的电子在晶格中自由移动，形成电流，但同时也会与晶格中的原子发生碰撞，产生电阻。

而在接近绝对零度时，电子的运动状态发生改变，它们与晶格的相互作用减弱，电阻急剧减小，甚至某些金属会出现超导现象，电流可以在其中无损耗地流动。这种超导特性在能源传输、医疗成像（如 MRI）、粒子加速器等领域具有巨大的应用潜力，能够极大地提高能源利用效率，提升科学研究和医疗诊断的水平。

2.光被冻住

在通常情况下，光在真空中以每秒约 30 万千米的速度传播，这一速度被认为是宇宙中的极限速度。光的传播不需要介质，它可以在真空中自由穿梭，同时也能在空气、水、玻璃等介质中传播，只是速度会有所减慢。

然而，当温度降至绝对零度时，光的行为发生了令人匪夷所思的变化。根据理论推测，在绝对零度的环境中，光将失去传播的能力，仿佛被 “凝固” 在了原地。

图片

这一现象与光的本质和绝对零度下的物质状态密切相关。光的传播本质上是光子的运动，而光子是一种玻色子，它的行为受到周围环境的影响。在绝对零度下，物质的分子和原子处于静止状态，空间中几乎不存在任何能量激发，光子无法与周围的物质相互作用，也就无法获得传播所需的能量。

从量子力学的角度来看，绝对零度下的真空并非真正的 “空无一物”，而是充满了量子涨落，即虚粒子对的产生和湮灭。

在这种极端环境下，光子与虚粒子对的相互作用变得异常复杂，导致光子的传播路径被扭曲，甚至被捕获，从而无法自由传播。这一现象对传统的光学和物理学理论提出了严峻的挑战，它打破了我们对光传播的常规认知，促使科学家们重新审视光与物质的相互作用机制。

如果光在绝对零度下真的无法传播，那么这将对许多依赖光传播的技术产生颠覆性的影响，如光纤通信、激光技术等。这也激发了科学家们深入研究绝对零度下光的行为，探索新的光学现象和应用的热情。

3.物质奇怪的相变

当物质接近绝对零度时，一系列令人惊叹的奇异相变现象纷纷涌现，超导、超流和玻色 - 爱因斯坦凝聚态便是其中的典型代表。这些现象不仅挑战了我们对物质常规状态的理解，还为科学研究和技术应用开辟了崭新的领域。

图片

超导现象，最早于 1911 年被荷兰物理学家海克・卡末林・昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）发现。他在研究汞的电阻随温度变化的过程中，惊奇地发现当温度降至 4.2K（约 -268.95℃）时，汞的电阻突然消失，电流可以在其中无阻碍地流动。这一发现开启了超导研究的大门，此后，科学家们陆续发现了许多具有超导特性的材料。

超导材料的零电阻特性使其在电力传输领域具有巨大的应用潜力，可以大大降低输电过程中的能量损耗；在磁悬浮列车中，超导磁体能够产生强大的磁场，实现列车的高速悬浮运行，提高交通效率。此外，超导材料还在量子计算、医学成像等领域发挥着重要作用，推动着这些领域的快速发展。

超流现象同样神奇，它主要发生在液氦等低温液体中。

当液氦被冷却到接近绝对零度时，会展现出一系列违背常规流体行为的特性。超流体的粘度几乎为零，这意味着它可以在没有任何阻力的情况下流动。如果将超流体放置在一个容器中，它会沿着容器壁向上爬升，甚至能够从微小的缝隙中渗出，仿佛具有 “穿墙术” 一般。

图片

超流现象的原理与量子力学中的玻色 - 爱因斯坦统计密切相关，在低温下，液氦原子会占据相同的量子态，形成一个宏观的量子系统，从而表现出超流特性。超流现象的研究不仅有助于我们深入理解量子力学在宏观尺度上的表现，还在精密测量、低温物理等领域有着重要的应用，如利用超流氦来制造高精度的陀螺仪，用于导航和测量地球的转动等。

玻色 - 爱因斯坦凝聚态，是一种更为奇特的物质状态，它是爱因斯坦在 1924 - 1925 年基于玻色的理论预言的。

当玻色子气体被冷却到极低温度时，大量的玻色子会聚集到能量最低的量子态，形成一个宏观的量子态，即玻色 - 爱因斯坦凝聚态。1995 年，美国科学家埃里克・康奈尔（Eric Cornell）、卡尔・威曼（Carl Wieman）和德国科学家沃尔夫冈・克特勒（Wolfgang Ketterle）首次在实验中成功实现了铷原子的玻色 - 爱因斯坦凝聚态，这一成果轰动了科学界。

图片

在玻色 - 爱因斯坦凝聚态下真牛所，原子的行为表现出高度的一致性，它们就像一个巨大的 “超级原子”，具有许多独特的性质。这种凝聚态在原子激光、量子模拟、精密测量等领域展现出了巨大的应用前景，例如可以利用原子激光实现更精确的原子钟，提高时间测量的精度；通过量子模拟来研究复杂的物理系统，为解决一些科学难题提供新的途径。

本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请点击举报。

配先查提示：文章来自网络，不代表本站观点。