零下273.15度有多可怕?科学家:时间和空间都将失去意义

星球上的科学啊 2025-01-05 20:00:55

随着时间步入冬天,全国的温度也在逐步下降,不少地区甚至达到了零下40摄氏度,这时候肯定有人会想,如果突然置身于南极或者北极会有多寒冷,毕竟南北极是地球上温度最低的地方,南极最冷的时候也是达到了零下89.2摄氏度。

与零下89.2摄氏度相比,目前人类能够制造出的最低温度是零下196摄氏度。要知道,在实验室中,使用强大的激光和加速器可以实现非常高的温度。例如,激光聚变实验可以产生数百万摄氏度的高温,可为什么最低只能研究出零下196摄氏度呢?宇宙中的最低温度又是多少呢?

据研究,在宇宙大爆炸之前,宇宙中一直保持着绝对零度,在宇宙大爆炸的一瞬间宇宙中爆发了有史以来的最高温度,大约为10^32开尔文(Kelvin),转换成摄氏度也只需要让10^32-273.15,最低温度则为0开尔文,也就是零下273.15摄氏度。

零下273.15℃有多可怕?

在科学上,绝对零度是一个极端的状态,它使得时间和空间似乎失去了意义,因为几乎所有物质和过程都被冻结在一个静止的状态。在这个温度下,所有分子的运动将会减缓到最小,几乎停止。这意味着几乎所有物质都会变得非常脆弱,甚至气体也会液化或凝固成固体。

在这种温度下,化学反应基本上停止,生物活动也不可能发生。根据经典动力学来看,物质的温度与其分子的平均动能相关。在极低温度下,分子的动能非常低,因此它们的速度几乎为零,导致物质的宏观运动和变化几乎停止。

量子力学的视角告诉我们,分子在绝对零度时不会完全停止运动,因为根据不确定性原理,它们仍然存在零点能,即量子波函数仍然存在一定的扩展和运动。然而,这种运动非常微弱,无法观察到宏观上的影响。

要明白,在一个系统中只要有一丁点的能量和热量,就不会出现微观粒子静止状态这种情况,换句话来讲就是,当一个系统的温度达到了零下273.15℃时,该系统中的一切都将静止,没有能量、没有热量、没有运动,假设没有外界干扰的话,它会一直持续下去。

因此零下273.15℃下的原子和分子运动几乎静止,这意味着几乎所有的物理、化学和生物过程都将受到严重限制或停滞。这不仅影响到物质的基本性质,还深刻影响到时间、空间和物质的交互关系,使得这个温度成为科学和哲学上的一个极限和探索的对象。

最终宇宙会走向零下273.15℃的大结局吗?

根据目前的宇宙学理论,宇宙的温度不会下降到绝对零度(零下273.15℃)。绝对零度是温度的最低可能值,除非宇宙中已经没有了任何一丁点能量和热量的波动。不过目前宇宙中存在着微波背景辐射(CMB),它是宇宙大爆炸后留下来的余热,其温度约为2.73K,大约为零下270.42℃,这个值已经非常接近绝对零度。

宇宙的温度也不会无限制地下降到绝对零度,因为在宇宙学中,宇宙本身在不断膨胀和冷却。虽然随着宇宙的膨胀,会导致宇宙整体的空间密度般的稀疏,进而导致宇宙的整体温度逐渐降低。不过就算宇宙膨胀到极端的程度,宇宙的温度也不会下降到绝对零度,因为CMB提供了一个最低的温度限制。

1995年,Boomerang Nebula(回旋镖星云)被发现,这是一个位于人马座的行星状星云。它以其独特的形状和极低的温度而闻名,这个星云的名字“回旋镖”来自于其形状,它呈现出两个从中心射出的“臂”,看起来像一个回旋镖。

它是人类目前发现的宇宙中已知最冷的天体之一,比我们刚刚所提到的宇宙微波背景辐射温度还要低1k,大约就是零下272.15℃,更接近绝对零度。它的形状通常是由恒星喷发物质、星风以及周围介质的相互作用造成的,而极低的温度则与星云中气体的稀薄程度和能量流失有关。

这种极低的温度使得Boomerang Nebula成为天文学研究中一个重要的目标,它为我们研究极端物理条件下行星状星云形成和演化提供了宝贵的机会。

最后,从当前的宇宙学模型来看,宇宙中只要还有一点点热量和能量,就无法达到零下273.15℃,因此宇宙的温度最终也不会达到绝对零度(零下273.15℃),而是会逐渐接近但不会完全达到这个极端的临界值。

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