如果你曾听说过水的结冰温度是273.15度,那么你可能会觉得这有些离谱。
这并不是一个错误的说法。这里所提及的温度标准并不是我们日常所使用的摄氏度,而是开尔文温标,也称为开氏温标,其单位用K来表示。
这种温标被称为绝对温标,因为它所定义的0度实际上是摄氏温度标准中的负273.15度,也就是我们所说的绝对零度。在宇宙中,所有事物的温度都在这个绝对零度之上。
那么,这个绝对零度是如何得来的呢?我们为什么确信不存在比它更低的温度呢?
在摄氏温度的确定中,我们以水结冰时的温度定为0摄氏度,以水沸腾汽化的温度定为100摄氏度。然后我们将这两者之间的差额分成100份,形成了摄氏度的区间。但当面对低于0摄氏度的温度时,我们使用负数来表示。
关于开氏温度,尽管其每一度与摄氏温度的差异看似微不足道,但二者之间的换算却有着深远的意义。只需在摄氏温度的基础上加上273.15,即可得到开氏温度。
尽管这个换算过程看似简单,但它背后隐藏着宇宙中最低温度的真相。那就是,宇宙中的温度不可能低于绝对零度。
在讨论摄氏温度的确定时,我们常常忽略了一个重要的条件,那就是标准大气压。而开氏温标的诞生与大气压有着密切的关系。
这个规律与绝对零度的数值有着惊人的相似性,这不禁让人思考这两者之间是否存在着某种联系。
究竟是什么联系呢?
气体的温度变化对其体积的影响与绝对零度之间有着怎样的密切关联?这个在宇宙中无法达到的温度又有着怎样的价值?
虽然热胀冷缩是小学生都知道的物理知识,尤其是在气体中这种现象更为明显。但很少有人知道这一现象与绝对零度之间的关系。
在雅克·查理发现气体温度与其体积之间的规律后,英国物理学家盖·吕萨克参考这一规律于1802年提出了查理定律。
后来在19世纪中叶,随着测量技术的提升,该规律进一步影响了开氏温标的提出。
那么这个规律是如何得出绝对零度的呢?
实际上,当我们将这个规律应用到气体膨胀或压缩的体积系数上时,就得到了273.15这个数值。换句话说,当气体温度降至负273.15度时,其体积理论上会减少至零。
然而我们知道无论怎样压缩气体,其体积始终无法为零。因此绝对零度是一个理论值,现实中无法达到。但我们可以无限接近这个低温。
那么将温度无限接近于绝对零度又有何意义呢?
进一步的科学家研究显示,温度的本质其实是物体内部粒子热运动的激烈程度。
当达到绝对零度时,物体内部的粒子运动将完全停止。
而当接近这一极限温度时,就会出现金属超导现象。此时导电金属的电阻会变为零。这种超导体不仅可以将电力传输的损耗降到最低,而且还可以在导体周围产生强大的磁场环境。
超导技术在发电、输电、储电以及超导磁悬浮、核磁共振等领域都有着巨大的应用潜力。尽管实现这一低温并不容易,但绝对零度的发现仍为我们更深入地认识宇宙提供了基础。