你感受过的最低温度是多少?我国东北最冷的时候,气温能低到零下53度的样子。俄罗斯西伯利亚有一部分地区处于北极圈内,最冷的地方是零下73度,创造了北半球气温的历史新低。

那要是温度低到绝对零度——零下273.15度会发生什么事呢?

据说,这个温度连光都能冻住。

如此可怕的极寒,生命还能存活吗?

首先,我们得看看,自然界中温度究竟能低到什么程度,有没有绝对零度存在。

地球上的自然界肯定不存在绝对零度,南极大陆的最低温度是零下90度的样子,而北极最低温是零下70度的样子,跟西伯利亚差不多。而且现在存在着全球变暖的问题,气温逐年上升,恐怕南北极的最低温都改写了。

那么宇宙中有没有绝对零度的存在呢?

宇宙中的极端温度

因为有太阳的光照,地球目前是太阳系中最宜居的行星,虽然它不是离太阳最近的行星。

而有的行星虽然离太阳非常近,但温度却相当低,比如水星,最热时蹿到零上430度,最冷时跌落零下160度,是太阳系八大行星中温度最极端的星球。

不过,宇宙中自然还有比水星最低温时还冷的地方。

在离地球约5000光年的地方,有一团半人马座旋镖星云,它是由宇宙中老年恒星内部流出来的气体、尘埃膨胀形成的,是目前人类能探测的宇宙中最冷的地方,温度为零下272度,非常接近绝对零度

当然,半人马座旋镖星云的温度也不可能达到绝对零度,毕竟所谓的绝对零度是热力学上的最低温,是理论下限,现实中几乎达不到,只能无限接近

不过,要是有物体走到半人马座旋镖星云这里,原来的性质状态都会发生彻底改变。因为从理论上来讲,物体的温度是内部粒子运动表现出来的热量

我们描述温度高低,会用热和冷来形容。摩擦生热的原理我们都知道,当我们感到物体发热时,表示它的粒子在高速运动,摩擦便增大;当它冷下来的时候,则表示它的粒子运动速度减缓了,这时摩擦也减小了。

如果自然界中存在绝对零度,那么,这个物体肯定完全停止运动了

当我们摸到静止的石头时,会感觉到它的冰凉,但冷和热又是相对而言,北极的冰块肯定比低纬度地区的石头还冷。

静止也是相对而言,所以,我们看到石头没有动,是参照了我们自己或者其他高速运动的物体,实际上石头内部的粒子在运动,只是跟参照物比速度过低了。同理,水星跌到零下160度时也在围绕着太阳公转,而不是停止了。

绝对零度能冻住光吗

我们再来看看零下262度的半人马座旋镖星云,它也肯定在运动,因为宇宙中所有的天体都在转动,星云也会自转,宇宙星云因为运动碰撞、坍缩都不是罕见的事。

而且,有些星云是会发光的,比如发射星云会受附近的恒星激发而发光反射星云靠反射附近恒星的光而发光;但气体尘埃星云由于附近没有发光的星体,它也是黑暗的。

半人马座旋镖星云恰好属于反射星云,相当于也能发光,所以,零下272度的低温并没有冻住光。当然,半人马座旋镖星云没有达到零下273.15度,只能做参考。

光速是在介质和真空中传播速度最大的物体运动速度,但物体的运动速度无论多快都是有限的,跟绝对零度的道理一样,只能无限接近光速,却永远达不到光速。

从物体运动速度与温度的关系可以得出,温度也没有上限。那有下限吗?也没有,因为就目前的研究来看,自然界中没有绝对静止的物体,粒子的动能没有绝对的限制,这就是温度达不到绝对零度,只能无限接近的原因。

但是在理论上来说,能达到绝对零度的时候,物体已经完全静止了,那么就可以冻住光。因为光也是能量,有能量产生就有运动。

曾经有过这么一个关于绝对零度的实验,就是制造超流体。超流体不是液体,但完全没有摩擦,垂直90度的角度它都能“流”上去。制造超流体的原料是氮气,氮气是世界上最难液化的物质,但在接近绝对零度时,它被液化了。

光属于玻色子,也可以液化成超流体,2017年,加拿大蒙特利尔理工学院和意大利CNR纳米技术研究所合作,将光液化成了超流体状态,称为液态光。所以,当温度达到绝对零度,光也能被冻住。

绝对零度如何制造

光被冻住的理论有了,那么绝对零度能被人为地制造出来吗?

的确有科学家制造出来了,据《自然·物理》杂志发表的一篇论文称,美国和日本的科学家合作,在实验室里把镱原子冷却到已经相当接近绝对零度了,大概是零下273.15度以上的十亿分之一度

这个温度比宇宙中最冷的地方还要低,半人马座旋镖星云的温度跟它比都太热了。科学家使用激光,在实验室里限制了30万个原子在光学晶格里的运动,才造出了如此低温的环境。

但是把温度降到这个程度,已经不是纯粹的物理学了,而是更偏向量子力学。取得该成果后,研究团队又开始开发工具,想测量镱原子在如此接近绝对零度的环境中还会出现什么样的行为。

那么,宇宙中有没有可能也存在绝对零度的地方呢?

也许是有的,只是人类还没有发现。可能那个极寒的地方比绝对零度的温度还要低。那么,那个地方应该是由反物质构成的,因为反物质要吸收物质的能量,让双方达到能量抵消的状态

在这个由反物质构成的空间里,时间应该也是停止的。因此,这个地方大概也会发生空间扭曲,甚至发生爆炸。

从宇宙爆炸论来说,宇宙的起源是初始的奇点从热到冷变化发生了爆炸,在爆炸之前,整个宇宙只有这么一个奇点,空间时间都不存在,爆炸了之后才产生了现在的宇宙

那我们是不是可以理解为,奇点当时是冷却到了绝对零度然后爆炸的呢?要是奇点没有发生爆炸而是停留在了绝对零度的情况下,那就是永恒

可惜,绝对零度是无法到达的,温度是极限值,光速也是极限值,目前没有任何证据证明有东西能斩断光或者停住光,有光就一定有能量,运动也不会停止。所以,绝对零度冻住光的说法只能在理论里存在。