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如果温度降到绝对零度,会是啥样子,时间会停止吗?

本文基于回答网友类似问题。

现代科学认为,只要有宇宙存在,就不可能存在绝对零度的地方。因为绝对零度是热力学的最低温度,物质温度取决于原子、分子等粒子的平均动能,粒子平均动能越高,物质温度就越高,反之越低。在绝对零度条件下,物质分子没有了动能,内能到达最小值,在一个没有任何粒子振动的空间,体积为零。

也就是时空都不存在了,由此宇宙也不存在了。

这就是现代科学对绝对零度的解释。如果愿意相信科学的朋友,就可以看下去,有些既不相信科学又喜欢问这类奇葩问题,总想着有一个神秘或玄乎的答案的大侠们,就没有必要在这里杠精浪费时间了。

热力学温度

所谓绝对零度是热力学温度的概念。热力学温度是科学界最重要的温标,是热力学和统计物理学中重要参数之一。这个温标是由第一代开尔文男爵威廉・汤姆斯在1848年创立的,他利用热力学第二定律卡诺定理推定创立,也称开尔文温度、绝对温标、开氏温标等。

热力学温标的单位为开(符号K),绝对零度为0K(不是OK),对应摄氏度为-273.15℃,每度间隔与摄氏度一样,因此摄氏度0℃对应开氏温标为273.15K。

现代相对时空观(相对论时空观)认为,时空和物质是一个三胞胎,这个三胞胎没有先后,与宇宙同时诞生,它们相辅相成,缺一不可,没有谁能够独立存在。这是因为物质是空间的内容,空间是物质的容器,没有物质就不需要空间,也就没有空间;而没有空间,也就没有物质的存身之处,也就不可能存在物质。

时间是空间和物质变化的标志。时间是标志空间和物质存在及其运动状态的一个抽象存在,看不到摸不着,但充满着整个空间,代表了空间和物质的广延性和持续性,具有一维性,没有时间就没有物质和空间。因此爱因斯坦将我们的世界叫四维时空,即由三维空间和一维时间组成。

因此,只要有宇宙存在,或者说我们观测者存在,就不可能有绝对零度。因为绝对零度环境已经是绝对真空,绝对真空没有空间和物质了,怎么还会有我们人类观测者呢?或者说还有时空存在呢?

普朗克自从发现普朗克常数,就从一个英俊少年变成这模样

不过现在量子力学对绝对真空有了新的解释

现代量子力学认为,在普朗克尺度和时间以内,也就是10^-35m(米)和10^-43s(秒)以内的时空尺度,空间和时间的经典概念将不再适用,需要建立理论上自洽的量子引力理论,也就是量子时空论来解释。但理想化的解释一直没有得到,现在比较有希望的是超弦理论或M理论。

这是一个将宇宙解释为11维时空的理论,又是一个企图用统一理论来解释宇宙物质和能量本源的理论,很复杂,且尚没有一个大的突破,在此就不展开说了。

量子理论还有一个真空零点能理论,这个理论就是在绝对真空(又称量子真空)下,也蕴藏着巨大的真空零点能。也就是在绝对零度、没有任何粒子、空间和时间的的虚空中,存在着巨大本底能量,正是基于此,才存在诞生宇宙的可能。

这些能量不断地以虚粒子对方式出现,这些正反粒子对一出现就相互湮灭了。如果这些能量是一个完美的平衡对称状态,宇宙就不会出现。那么为什么宇宙会出现呢?早前的科学家们一直迷惑不解,杨振宁、李政道上世纪发现和创立的宇称不守恒定律,为解释宇宙出现撕开了一道口子。

量子力学认为,本底能量以量子泡沫的方式随机涌动,虚粒子对在基本对称守恒状态下不断湮灭,但这种守恒对称是不完美的,偶尔出现了对称性破缺,有那么一个虚粒子没有湮灭,于是出现了宇宙奇点,这个奇点迅速膨胀(爆炸),随后能量不断转化为物质,就有了我们今天的宇宙和时空。

因此,在绝对零度状态下,现代量子力学认为依然会有具有巨大的本底能量存在,但时空是不存在的。既然时空都不存在了,何谈时间会不会停止?因此不是停止,而是乌有。

绝对零度无法达到,只能无限逼近

宇宙中没有发现绝对零度存在。宇宙微波背景辐射温度约为3K,也就是-270.15℃;目前认为宇宙最冷的地方是距离我们5000光年的一个原行星云,叫布莫让星云,也叫回力棒星云。这个星云有点像一个领结,那里的温度测得为1.15K(-272℃),是已知自然界中的最低温度的地方。

科学家们在实验中,通过制造170*10^-9K低温,也就是170nK(-273.14999983℃),实现了物质的玻色-爱因斯坦凝聚态。这是物质的一种新形态,即玻色子原子(光子、胶子、铷-87原子等),在冷却到接近绝对零度时,所呈现出的一种特殊状态,具有气态、超流、超导等特性。

由德国、美国、奥地利等国科学家联合组成的一个科研小组,在实验室创造了0.5nK(纳开)的低温记录,这个只比绝对零度高20亿分之1K的低温,被吉尼斯论证为世界最低温度记录。这项研究成果刊登在2003年9月12日版的《科学》杂志上。

NASA(美国航天局)宣称,将在国际空间站的一项实验中,创造出100亿分之1K的超低温,以最大限度降低粒子移动速度,将波色-爱因斯坦凝聚态的观测时间能够延长到10秒钟。这已经比地面观测延长了许多倍,足以让科学家们分析和掌握这种奇异物质的更多特性。

这项实验在2018年5月21日开始,据称到2020年结束,最终是否达到了目标,没有确切的报道。

这里特别提示,人类创造接近零度的超低温,各位千万不要以为是一个很大的空间,实际上是人眼都无法看到的一个微观世界,是科学家们在高度真空的磁阱中,制造出来的原子级及亚原子级别的超低温,一个针尖大都没有,而且只有瞬时存在,但可以被极其精密的仪器所探测和拍摄到。

不管怎样,人类正在不断创造出无限逼近绝对零度的低温,但根据相关理论,永远也达不到真正的绝对零度。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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