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絕對零度達不到?科學家剛創造了極端低溫

溫度是宇宙間物質與能量的一種表徵,體現為粒子運動的激烈程度,也是我們衡量物體冷熱狀態的指標。我們都知道有個「絕對零度」的物理概念,這個溫度為零下273.15℃,如今科學家已經可以製造超過10萬億攝氏度的高溫,但是「絕對零度」卻被認為永遠達不到,因為到絕對零度的幅度上,物質的內部熱力學運動將完全停止,這是極其難以做到的,因此探索最低溫度也是一項科學挑戰。

那麼目前科學家們能夠創造的最低溫度有多低呢?據《科技日報》9月13日報道,一個美日聯合的科學家團隊日前在實驗室中將鐿原子冷卻到了絕對零度之上十億分之一攝氏度的幅度上,這是所有原子停止運動的假設溫度,超過了整個宇宙空間中的最低溫度。

科學家們是怎麼做到的呢?原來他們模擬了理論物理學家約翰·哈伯德於1963年首次提出的量子物理模型——哈伯德模型,使用激光限制了30萬個原子在光學晶格內的運動,通過降低粒子的動量造出的鐿原子冷卻物質達到了極低溫,只比絕對零度高出10億分之一攝氏度,這要比太空中已知最冷的區域——旋鏢星雲還要冷。

這種極端低溫剛被創造出來後,研究人員還發現鐿原子在這樣的極低溫條件下出現了新的特性,美國萊斯大學科學家卡登·哈扎德是該實驗的參與者,他說:「冷卻到這一極端低溫的結果是物理學發生了真正的變化,更偏向量子力學。」

不過上面所講的每日科學家創造出來的比絕對零度高出10億分之一℃的極端低溫還並非人類創造出來的最低溫度,因為在去年9月份,權威物理學周刊《物理評論快報》雜誌刊文稱有三所德國大學的研究人員聯合在實驗室中創造了比絕對零度只高出了38萬億分之一攝氏度的低溫,這才是人類迄今為止創造出來的最冷溫度。

那麼研究者們又是如何創造了這一極端的低溫呢?其實和上面的方法也差不多,也是通過減慢粒子運動的速度來降低系統的溫度。文章中稱是通過將玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)的激發與磁透鏡結合,造就了一個時域物質波透鏡系統,通過將焦點置於無窮遠處,就能將BEC的總內部動能降低到38皮開爾文,不過研究者還表示目前還沒有到達以這種方式追求超低溫的極點,理論上講這種方法最多可以將物質溫度降低到17皮開爾文。

可能很多朋友好奇如此之低的溫度又是如何被測量出來的呢?實際上目前科學家們也沒有辦法去測量如此之低的溫度,因為沒有任何儀器能夠對如此低溫的物質做出可以判定的反應,因此已經沒辦法測量,那麼這樣準確的低溫數值又是如何來的呢?它其實是通過粒子熱力學上的一些物理學定律推理計算出來的,其參考系主要是物質的粒子運動量。

應該還有朋友會好奇,距離絕對零度已經只有38萬億分之一了,差了僅僅這樣一點點,科學家們再努力一下,可能下一步就可以到達絕對零度了,其實這樣想還是太樂觀了,一直有相當多的科學家認為絕對零度只能逼近,而永遠都不可能達到,因為粒子不可能不運動,現代物理學認為物質和能量其實是一體的,是物質的兩個表象,而絕對零度意味着讓能量為0,那也就是說讓物質成為0,物質又怎麼會成為0呢?憑空消失嗎?這讓人無法理解!所以一般認為無論在任何空間中,絕對零度都不可能出現。

責任編輯: 方尋  來源:科普大世界 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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