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零下273.15℃有多可怕?一切都會靜止,時間和空間都將失去意義
2021/11/04
2021/11/04

根據科學界的主流觀點,我們的宇宙誕生于一個極為緻密的「奇點」,在宇宙誕生的第一瞬間,宇宙的溫度大約為1.426833 x 10^32 K(開爾文),這一溫度被稱為「普朗克溫度」,通常被認為是宇宙中最高的溫度,那宇宙中最低的溫度是多少呢?

從理論上來講,宇宙中最低的溫度是0 K,轉換成我們熟悉的溫標單位,就是零下273.15℃(攝氏度),這也被稱為「絕對零度」。只是從數字上看,我們就可以知道「普朗克溫度」的可怕之處,而與之相比,零下273.15℃似乎就顯得平平無奇,然而實際情況卻並非如此。

零下273.15℃有多可怕?一切都將靜止,時間和空間都將失去意義

從本質上來講,溫度其實是指一個系統中的微觀粒子運動的激烈程度,系統中的微觀粒子的運動越激烈,溫度就越高,反之亦然。

例如當我們說一杯水的溫度很高時,其實是這杯水中的水分子的運動相對比較激烈,而假如我們的手不小心接觸到了這杯水,那麼這杯水中的水分子就會將自身的一部分動能釋放到我們的手上,這時我們就會感覺到被水「燙」到了。

而當我們說一杯水的溫度很低時,其實是這杯水中的水分子的運動相對比較緩慢,在這種情況下,假如我們將手伸進這杯水裡,那麼構成我們手的微觀粒子的一部分動能就會被水分子吸收,這時我們就會感覺到這杯水是「冷」的。

顯而易見的是,當某個系統中所有的微觀粒子都處于靜止狀態時,這個系統的溫度就達到了最低,實際上,該系統此時的溫度就是絕對零度,也就是零下273.15℃。

要知道一個系統中只要有一點點的能量和熱量,就不會出現「所有的微觀粒子都處于靜止狀態」這種情況,換句話來講就是,當一個系統的溫度達到了零下273.15℃時,該系統中的一切都將靜止,沒有能量、沒有熱量、沒有運動,也不會出現任何變化,並且一直持續下去(假設沒有外界干擾)。

這就意味著,假如宇宙的溫度達到了零下273.15℃,那麼宇宙中的一切就將從此進入永恆的靜止,在這種情況下,就連時間和空間都將失去意義,而這就是零下273.15℃的可怕之處。

值得一提的是,宇宙自從誕生以來就一直在降溫,根據目前的觀測資料,宇宙的平均溫度已經降至2.7 K,也就是零下270.4℃,可以預見的是,宇宙的溫度將在未來進一步下降,所以我們就有了一個問題。

宇宙的溫度最終會不會下降到零下273.15℃?

就已知的情況來看,宇宙中自然存在的最低溫度,出現在距離我們5000光年左右的「回飛棒星雲」(Boomerang Nebula),該星雲位于半人馬座的方向,擁有兩個較為對稱的圓錐形結構,科學家通過觀測和分析「回飛棒星雲」中一氧化碳的熱輻射所釋放出的電磁波,計算出該星雲的溫度低至1.15K,也就是零下272℃。

(上圖為哈勃太空望遠鏡拍攝到的「回飛棒星雲」)

而在人類的實驗室中,還可以創造出比「回飛棒星雲」更低的溫度,在過去的日子裡,專門研究極低溫物理的冷原子物理學家們,使用鐳射、磁場等技術手段,已經成功地創造出了「nK」量級的溫度(注:1 nK等于0.000000001 K,也就是零下273.149999999℃)。

(上圖為銣原子在170 nK溫度下的玻色-愛因斯坦凝聚,該研究在2001年獲得了諾貝爾物理學獎)

可以看到,上述溫度已經與零下273.15℃非常接近了,但就是無法達到這個溫度點,為什麼呢?這是因為在任何的系統中,總是會存在各式各樣的能量和熱量,它們可以相互轉換,但永遠都不可能憑空消失。

而一個系統中只要存在著能量和熱量,哪怕是只有一點點,就無法達到零下273.15℃,因此可以說,任何降溫過程都只能無限地向零下273.15℃接近,但永遠無法達到零下273.15℃,宇宙的降溫過程當然也不例外。




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