你有沒有想過,在這個充滿熱量的宇宙里,最冷的地方到底能冷到什么程度?
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很多人覺得,冷只是熱的對立面,南極的零下89度可以凍裂鋼鐵,冥王星的零下220度可以讓氧氣凝固,但在物理學家眼中,這些所謂的“極寒”,不過是宇宙溫床上的微風,在物質的最底層,藏著一個人類從未踏足、卻始終試圖窺探的禁區——絕對零度。
這個數字,是宇宙寫下的死命令,在這個點上,光會跑不動,原子會停止掙扎,連時間都會因為失去度量的刻度而變得毫無意義。
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目前的實驗室記錄,人類已經把溫度壓到了零下273.149999999度,距離終點只差十億分之一度,聽起來,我們似乎只差臨門一腳?
但今天我要告訴你一個殘酷的真相:這最后的十億分之一度,是一道橫跨在凡人與上帝之間的天塹,即使你燒光全宇宙的恒星,榨干銀河系的每一分能量,你也跨不過去。
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為什么宇宙要死死守住這個禁區?
絕對零度背后,到底藏著什么讓愛因斯坦和海森堡都感到戰栗的真相?
今天,不做淺科普。我們一起往下沉,沉到宇宙溫度的最底層。
絕對零度這個概念,最開始不是被觀察到的,而是被“算”出來的。
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19世紀初,法國物理學家蓋-呂薩克發現了一個極其詭異的規律:當你在恒定壓強下冷卻一種氣體時,溫度每下降1攝氏度,氣體的體積就會固定縮小它在0℃時體積的1/273.15,這是一個極其精確的比例。當時的人們推導出一個細思極恐的結論:
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如果溫度一直降,降到-273.15℃時,按照公式,氣體的體積豈不是會變成0?
體積為0,意味著物質憑空消失了?
這顯然違反了直覺,雖然現實中氣體在達到那個點之前就會變成液體或固體,不再遵循這個公式,但這個數字卻像一個物理常數,刻在了宇宙的底層邏輯里。
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后來,威廉·湯姆森正式定義了“絕對溫標”,他意識到,溫度不是無窮無盡的。向上,能量可以無限疊加;但向下,它有一個絕對的底座。這就好比你在跑道上跑步。你可以越跑越快,直到接近光速;但當你慢下來,最慢的狀態就是“靜止”。你不可能比靜止更慢,你不可能在原地站著的時候,還擁有一個負的速度。
-273.15℃,就是宇宙的“靜止點”。
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要理解絕對零度,我們必須拆解溫度的本質,在微觀世界,溫度根本不是一種“感覺”,它其實只有一句話:分子的無規則運動。你覺得手心發熱,是因為你體內的原子在瘋狂地碰撞、扭動。你覺得寒風刺骨,是因為空氣分子的動能正在衰減。
冷,其實就是“慢”。
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當我們不斷降溫,這些微觀粒子就會變得越來越懶。在零下一百度,它們開始步履蹣跚;在零下兩百度,它們幾乎處于半癱瘓狀態。到了理論上的絕對零度,所有的原子、電子都應該徹底停止。
但這,恰恰是宇宙最不能容忍的事情。
這里我們要引入物理學中最著名的“不速之客”——海森堡不確定性原理。
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量子力學告訴我們:你永遠不可能同時精準地知道一個粒子的“位置”和“速度”。如果一個粒子達到了絕對零度,它徹底不動了,那么它的速度就是0,它的位置就是固定的。這意味著,你同時鎖定了它的位置和速度。
這會觸發宇宙的“防報錯機制”。如果這種狀態發生,整個量子力學的根基都會崩塌。所以,宇宙給所有粒子留了一個底薪,叫“零點能”。哪怕在絕對零度,粒子依然會保持一種極其微小、永不停止的“震顫”。
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宇宙不允許絕對的死寂,它必須讓萬物保留最后一絲呼吸。這種“死而不僵”的狀態,正是絕對零度最詭異的魅力所在。
既然絕對零度是禁區,那人類目前走到了哪里?
2021年,德國研究團隊在不萊梅的一座120米高的落塔里,創造了人類已知的最低溫紀錄。他們利用磁阱約束了約10萬個銣原子,并讓其自由落體。在失重的瞬間,通過精準的磁場調控,這些原子的熱運動幾乎被完全抹平。
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最終達到的溫度是:比絕對零度高出38皮開爾文,38萬億分之一度。
這是什么概念?在這個溫度下,原子的移動速度每秒鐘只有幾毫米,比蝸牛爬行還要慢一萬億倍。
很多人問:如果我伸手摸一下絕對零度的東西,會發生什么?
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你可能以為你會慢慢結冰,像電影里那樣變成冰雕。不,現實要暴力得多。熱量會自動從高溫物體流向低溫物體。當你接觸它的那一秒,你體內的每一個原子都會感受到一種毀滅性的吸力。
你皮膚里的水分子瞬間結成的冰晶,不是雪花,而是微米級的鋒利手術刀。它們會從細胞內部直接刺破細胞膜,將你的組織瞬間切成碎片。由于溫差過于恐怖,這種熱量交換會產生一種類似“爆炸”的物理撕裂。你的神經信號甚至還沒來得及傳回大腦,你的手就已經在分子層面徹底解體。
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那不是凍傷,那是物質屬性的物理剝離。
但在這個冰冷的禁區邊緣,物理規律開始變得極其魔幻。這就是科學家為之瘋狂的原因:當熱騷動消失,物質的本質才會顯現。
首先是超流體。
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在接近絕對零度時,液氦的粘度會徹底消失。它可以順著杯壁自己爬出來,也可以穿過任何微小的縫隙。如果你給它一個初始的速度,它可以在環形容器里永遠流動下去,不需要任何動力。
其次是超導體。
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電阻歸零。電流可以在里面永恒循環。如果沒有絕對零度附近的低溫研究,我們今天就無法擁有核磁共振,也無法制造出能懸浮在軌道上的高速列車。
但最震撼的,莫過于“玻色-愛因斯坦凝聚態”——也就是固、液、氣、等離子態之外的“第五種物質形態”。
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在極低溫下,成千上萬個原子會突然喪失個性。它們不再各走各的路,而是發生“量子坍縮”,合體變成一個巨大的“超級原子”。這就好比體育場里的幾萬名觀眾,原本在各聊各的,突然之間,所有人的動作、呼吸、思想完全同步,變成了一個擁有萬米身軀的超巨人。
在這個狀態下,宏觀和微觀的界限模糊了。你可以用肉眼直接觀察到量子的詭異特性。這是人類在冷酷的禁區邊緣,偷看到的宇宙源代碼。
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如果我們把視野從實驗室拉回到整個宇宙,你會發現一個令人絕望的真相:絕對零度,不僅是溫度的終點,也是宇宙的終點。
目前宇宙的平均溫度是-270.42℃,這是大爆炸留下的余熱,也就是所謂的“微波背景輻射”。然而,根據熱力學第二定律,宇宙的熵值在不斷增加。
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在遙遠的未來,大約10的100次方年后,所有的恒星都會燒盡,所有的黑洞都會蒸發,所有的原子都會分散到無限大的空間里。
那時的宇宙將不再有光,不再有熱。每一個粒子都相隔億萬光年,它們慢到幾乎靜止,無法發生任何碰撞,無法產生任何能量交換。
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這就是“大凍結”。
當整個宇宙無限趨近于絕對零度時,時間也將失去意義。因為時間的本質是“變化”。如果一切都靜止了,如果沒有任何一件事情發生,那么“這一秒”和“下一億年”,又有什么區別呢?
絕對零度,是宇宙為自己準備的最終墓碑。
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