绝对零度能把光也冻住吗?若可以,是冻成一根棍子还是一道波浪?

每年随着春节悄然结束,寒冷的天气也会一并消失,不少地区开始准备进入生机勃发的春天。在气温回升的新闻之下,许多“怕冷人士”表示近几年的冬天似乎异常的寒冷和漫长,人类似乎对于温度总是有着清晰的感知。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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大家可能都知道当气温达到零下时,就有降雪的几率,那么如果温度达到绝对零度时会怎样呢?绝对零度是我们认知中的那个0摄氏度吗?不如就让我们一起来看看吧!BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

绝对零度是什么BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

首先,绝对零度当然不是我们熟悉的那个0摄氏度,而是指的热力学当中的最低温度。为了保证温度值数值的统一,使用的温标也不同,像我国的天气预报中使用的温标属于经验温标,其单位是摄氏度。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

而国外往往喜欢使用国际温标,记为华氏度,也就是℉。绝对零度使用的热力学温标是我们在日常生活中极少会见到的,叫做开尔文,取自物理学家开尔文的名字,简写为K。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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因此绝对零度指的是0K,如果换算成摄氏度来表示的话记为零下273.15摄氏度。值得一提的是,最早提出绝对零度的人也正巧是威廉·汤姆深·开尔文,提出时间是1848年,也就是“绝对零度”这一概念在18世纪五十年代就已经出现了。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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其次,温度与物质内部分子运动的频率有关,分子运动得越快,温度就越高,反之则温度降低。因此,人们通过研究发现,当温度降至零下273.15摄氏度时,分子就会处于静止状态,因此将其命名为“绝对零度”。那么,绝对零度究竟只是概念还是真实存在的呢?BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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很遗憾,虽然人类在这一百多年以来,展开过无数对于绝对零度的研究,但是都只能做到无限靠近这个值,无法达到零下273.15摄氏度。简单来说,绝对零度是不可能达到的,因为前文中我们提到了温度的高低与物质内分子的运动有关,所以它与物质本身有着密切的关系。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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如果达到绝对零度,物质的体积也会随之一起消失,这样物质就不存在了。物质不存在的情况下,我们去讨论温度,就没有任何意义了。所以,许多科学家表示绝对零度的确切含义应当是“物质的粒子动能达到了量子力学最低点”时的温度。所以,物质内部的粒子只能无限毕竟静止,永远无法达到静止状态,毕竟一旦静止,物质也就消失了。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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不过,在不断尝试毕竟绝对零度的过程之中,科学家们还是发现了许多有意思的现象。刚开始他们想要制造出低温,都会使用将气体液化从而不断使得温度降低的方法,在试验之后就发现,许多气体在液化之后的颜色非常好看,有一种特别的美感。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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在地球上,接近绝对零度的值一般只会出现在人类的实验室当中。而在宇宙当中,也有着接近绝对零度的地方,不过它是自然形成的。1979年时就有天文学家在半人马座上发现了行星状星云,为其命名为回力棒星云,这个星云的温度为零下272摄氏度,与绝对零度之间仅仅相差了1.5摄氏度。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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根据研究,它的温度之所以这么低,是因为它本身是从某颗恒星的核心部分中逃逸出来的,进入太空就发生了绝热膨胀,从而迅速降温。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

绝对零度能否冻住光?BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

既然绝对零度下粒子会处于静止,那么绝对零度能把光也冻住吗?如果能的话,是冻成一根棍子还是一道波浪呢?BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

相信大家仔细阅读过上文之后,对这一问题就已经有答案了。至于是棍子还是波浪,就和人们心中对光的认知有关了,有人认为光是“一束光线”,那么可能就是一根棍子,而如果是光波,那就是一道波浪。不过以上都只是想象,因为确切的答案是,绝对零度无法冻住光。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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想要解释这个问题,需要从两个方面来说。首先就是绝对零度根本无法达到这件事,这一问题我们在上文之中已经解释过了。如果说真的达到了绝对零度,那么光也会消失,毕竟那一刻所有的物质都消失了。因此也有人表示,黑洞当中应该是“绝对零度”,因为它可以轻而易举地吞噬光,不过人类并不清楚黑洞内部的情况,因此也无法得出结论。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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其次,就算绝对零度存在,一旦光进入,它就不再是绝对零度了。这是因为光本身是带有能量的,所以进入之后它会进行能量传递,这时绝对零度就会被突破。所以不存在绝对零度冻住光这种情况,探讨这时的光是什么模样也就没什么意义了。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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综上所述,绝对零度是不可能把光冻住的。或者说即使是假设在理想状态下,把二者放在一起讨论也还是一个自相矛盾的问题,这两样东西本身就存在冲突。更不用说,现实世界中,人类根本无法制造出绝对零度,我们这些年不断地研究努力,能做的也只是无限逼近它罢了。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

光是什么?BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

在绝对零度能否冻住光这个伪命题当中,我们发现每个人对于光这一概念的认知似乎都有所不同,那么,光到底是什么呢?BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

光的本质实际上是处在特定频段之下的光子流,它并不具备固定的形状。我们之所以会认为光被冻住会变成一根棍子,是因为日常生活中看到的有形状的光似乎都是“光束”模样的。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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光束的模样与光的特征密切相关,如果按照几何光学来说,光是按照直线进行传播的。按照波动光学的话,光就是以波的形式传播的。可见,认为光会变成棍子的人是从几何光学的角度来思考的,而认为光会变成波浪的人,则是从波动光学来思考的。准确来说,二者都没错,当然,这是在绝对零度假设成立的条件下。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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除了以上两种,其实还有量子光学。在这一理论当中,将光进行量子化,指出构成它的实际是光子。不过,我们很难用语言去描述“量子状态”究竟是什么模样,毕竟对普通人来说,它是看不见也摸不着的。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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值得一提的是,人类对于光的探索也一直在进行着。从“上帝说要有光,于是就有了光到发现“光既是粒子也是波”,经历了很多年。从这一情况可以看出,证明光到底是什么,是人类打破迷信的一个过程。虽然我们已经对光有了不少了解,但却还是没法给出光到底是什么的终极答案。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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爱因斯坦表示:BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

光的本性之思考已在心中萦绕了50年,然而并没有使我接近答案半步,现在,似乎每个人都认为他们能回答光是什么,然而他们错了。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

人类对绝对零度的探索BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

绝对零度这一概念一经诞生,就引起了热议,此后无数科学家投身于研究绝对零度的工作当中。荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯更是在这一过程当中,发现的超导现象,并且由于对于低温物理学作出的贡献,在1913年时被授予了诺贝尔物理学奖。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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科学就是为了挑战不可能而存在的。所以绝对零度成为了位数科学家角逐的研究领域,毕竟如果真的有谁率先达到了这一数值,那么“名垂青史”是必然的。就算无法达到,一直逼近打破记录也是很不错的。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

昂内斯一直在做有关绝对零度的研究,在1908年时,他攻克了唯一一种未被液化的气体“氦气”。由于氦气属于惰性气体,化学性质并不活泼,原子之间的相互作用极其微弱,因此难以被凝聚起来。不过昂内斯通过实现4.2K的低温,首次获得了液氦。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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并且,在这一过程之中他发现了超导现象,这一现象的发现无疑是给人类打开了另一扇大门。因为超导材料对于电力、医疗以及医疗领域都有着十分重要的作用。以超导技术对于电力的作用来看,它在某种程度上决定了国家电网的竞争能力,这种关键性的作用是无可替代的。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

此外,绝对零度的研究过程之中人类还发现了许多特殊的量子现象,正是这些量子现象的发现使科学家一直执着于挑战绝对零度。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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比如说,氦-3和氦-4在液态下的不同性质。在一种名为超冷冰箱的仪器中,氦-4的超流态会让液态氦-3表现得像气体一样,能够在充满氦-4的“真空”中汽化,同时将整个装置继续向下冷却到0.001K,也就是1毫开尔文。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

虽然我们常会用“遇事不决,量子力学”来调侃大家总是把无法解释的问题归结于量子力学,但是事实证明,我们确实生活在一个量子力学描述的世界当中。有关于超低温的研究发现和成果,就是证据。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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我国的超低温研究BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

由于超低温技术对多个领域都有着至关重要的作用,所以我国对这方面的研究还是非常支持的。在2021年7月12日时,中国科学院物理研究所就表示,已经成功研发出了“无液氦稀释制冷机”,这台机器帮助科学家实现了10mK的低温,也就是比零下273.14摄氏度。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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这一数值代表着我国的超低温研究取得了很大的进步,接下来科学家们会继续朝着绝对零度的领域迈进。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

稀释制冷机的存在,对于材料科学、粒子物理以及凝聚态物理都有着非凡的意义,因为不少实验都需要低温的环境。而无液氦就表示,这一制冷机不需要液氦辅助即可制造低温,并且连续运行的时间还更长。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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中国科学院物理研究所副研究员姬忠庆:BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

未来,物理所研究团队将进一步地优化无液氦稀释制冷机相关技术,固化工艺流程,为我国的量子计算实验前沿研究提供有力的支撑。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

值得一提的是,该设备是由我国自己研制的。此前我国的制冷仪器大部分都需要进口,不仅贵还要受到各种限制,因此科学家才会对“制冷机”研究付出了很多的努力。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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作为中国低温实验技术和低温物理研究的发源地,中科院物理所早在20世纪70年代末就研制成功了我国第一台湿式稀释制冷机,实现34mK(-273.116℃,即绝对零度以上0.034℃)的极低温。BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

总之,目前我国的超低温研究已经有了突破性的进展。相信在科学家们的研究之下,未来这方面会带给我们更多惊喜,为人民创造出更多的福利!BsO每天发布大量与生活相关的资讯平台

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