绝对零度面面观
谢 懿/编译
随着温度的降低，大自然会不断地把意想不到的事情呈现在人们的面前。科学家最近发现，超低温气体中的分子可以在比室温大100倍的环境中发生化学反应。
在接近室温的实验中，随着温度的降低化学反应会趋向于减缓。但科学家发现，在温度仅比绝对零度（-273.15℃或0开）高几千万分之一度的时候，分子仍然可以交换原子并在这个过程中形成新的化学键。在如此低温之下得以大显身手，这完全得益于奇异的量子效应。
“如果你预期在超低温环境下不会发生化学反应，是完全合情合理的，”美国科罗拉多大学的科学家在《科学》杂志上报告这一发现说，“但我们的实验却对此说不，有很多的化学反应还会进行。”
下面就让我们进行一次奇异的超低温之旅。
为什么绝对零度不可能达到？ 实际上，为了降低气体的温度就需要转移它的热量，这需要做功。如果把某个东西冷却到绝对零度，所做的功是无穷大。在量子力学中，你可以将其归为海森堡的测不准原理——我们知道，一个粒子的速度越清晰，它的位置就越模糊；反之亦然。如果你知道某些原子在你的实验中，那么，它们在运动中必定会存在一些不确定性，使得其温度高于绝对零度——除非你的实验有整个宇宙那么大。
太阳系中最冷的地方 有史以来，在太阳系中测量到的最低温度是在月球上。2009年，美国航空航天局（NASA）的“月球勘测轨道器”（LRO）在月球南极附近的环形山永久阴影区中测到了-240℃的低温。这比测得的冥王星温度还要低上大约10℃。
宇宙中最冷的自然天体 宇宙中已知最冷的区域是位于半人马座、距离我们5000光年的旋镖星云（ESO-172707）。1997年天文学家发现，从中央垂死恒星吹出的气体会膨胀并迅速冷却至1开——只比绝对零度高1度。通常，宇宙中气体会被大爆炸遗留下的微波背景辐射加热到至少2.7开。但是，旋镖星云的膨胀使得它成为了一个宇宙冰箱，能够让气体保持非同寻常的低温。
太空中最冷的物体 如果算上人造卫星，温度还可以继续降低。2009年5月发射升空的欧洲空间局（ESA）的“普朗克空间天文台”上的一些仪器被冷却到0.1开，以此抑制干扰其观测的背景噪音。宇宙空间环境本身的低温，再加上使用氢和氦的低温制冷系统，造就了这一低温。
地球实验室能达到的最低温度 最低温度纪录诞生于地球上的实验室。2003年9月，麻省理工学院的科学家宣布，他们可以把一团钠原子冷却到创纪录的0.45纳开（1纳开等于十亿分之一开）。此前，芬兰赫尔辛基技术大学的科学家在1999年把铑金属片冷却到了0.1纳开。不过，这只是某一种特定类型运动——被称为核自旋的量子属性——的温度，并非所有可能的整体运动的温度。
接近绝对零度时气体的奇异行为 在日常的固体、液体和气体中，热或热能源自于原子和分子的运动和碰撞。但是，在极低的温度下，量子力学的古怪法则会统治一切，分子不再以通常的方式发生碰撞，而是以量子力学波的形式伸展、重叠。当它们重叠在一起且所有原子行为都整齐划一地像一个“超级原子”的时候，就形成玻色-爱因斯坦凝聚。1995年，科学家们把一团铷原子冷却到不足170纳开，由此第一次在实验室中实现了玻色-爱因斯坦凝聚。
玻色-爱因斯坦凝聚
[资料来源：New Scientist][责任编辑：则 鸣]
联系客服
