打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
绝对零度时会发生什么?

在低温状态下所发生的希奇古怪的事情会使人感到非常惊奇。在超低温气体中,分子能起化学反应的距离要比室温下大100倍。

在接近室温的状态下,当温度降低时化学反应的速度趋于减慢。但是科学家们发现在比绝对零度稍高几百纳开尔文(1个纳等于10亿分之1)的极低温度条件下,分子依旧可以相互间交换原子,在化学反应中形成新的化学键。幸亏有不可思议的量子效应,它可以把理论扩展到低温状态。博尔德(美国科罗拉多州中北部城市)的科罗拉多大学的黛博拉·金说:“本来完全有理由认为当进入到超低温领域里的时候,就没有化学反应可言。”可是她的研究团队在《科学》杂志报告了他们的新发现:“不是这样!在超低温状态下仍然可以有很多化学反应在进行着”。

为此,《新科学家》考察了这个希奇古怪和奇妙的超低温领域。

1.为什么说,绝对零度(0 K或-273.15℃)是一个不可能达到的目标?

实际上,从气体里移走热量所需要对它作功,而且所需功的大小随着其要冷却到的程度而增加,若要把任何物体冷却到绝对零度,所需要的功将为无穷大。用量子力学的术语来说,这可以归罪于海森堡不确定原理,这个理论认为如果我们所知道的粒子的速率愈为精确,那么对于它所处的位置就只能知道得愈不精确,反之亦然。如果你知道在你的实验装置中的原子,它们就必然具有某些动量的不确定性使得这些原子的温度高于绝对零度,不然的话,只有你的实验装置的尺度达到了整个宇宙。

3.太阳系里最冷的地方在哪里?

太阳系里所测量到的温度最低的地方是在月球上。去年,美国国家航空和宇宙航行局的月球勘测轨道器在月球上永久照不到阳光的地方,即靠近月球南极,其温度竟低至-240℃。这个温度比遥远的冥王星几乎还要低10℃。

3.宇宙里最冷的自然物体是什么?

目前,我们已经知道的宇宙中最冷的地方是所谓回飞棒星云(Boomerang Nebula),它距离处于半人马座中的地球约有5000光年。据科学家于1997年报道,从回飞棒星云中心的一个正在逐渐死亡的恒星中喷出的气体已经扩展和冷却到只有1K,比绝对零度仅高出一度。通常太空中的气体云在大爆炸所遗留下的宇宙微波的背景的作用下至少要加热到2.7K。然而,回飞棒星云的扩张却创建了一种特定类型的宇宙的冷冻器,它能容许气体维持它们原来的异常冷却温度。

4.太空里最冷的物体是什么?

如果把人造卫星也算在其内,就可以使物体变得更冷。欧洲太空总署于2009年5月份所发射的天体情报卫星,已被冷冻至0.1K以抑制微波噪声,否则,这些微波噪声会使卫星的透视变得模糊。利用太空的环境,以及机械和氢和氦的冷冻系统,分4个步骤把这个最冷的仪器冷却到只有0.1K。

5.在实验室里曾经到达过的最低温度是多少?

在2003年9月,曾经记录到的在地球上实验室最低的温度是科学家在麻省理工学院宣布的,他们把钠的原子云破纪录地冷却到仅有的0.45毫微开尔文。早些时候在芬兰的赫尔辛基技术学院曾于1999年在一片铑材料上达到了0.1毫微开尔文。然而这个超低温只是仅对一种特殊形式的运动即被称为核自旋的量子性质而言的,并不适用所有可能运动的所有温度。

6.什么样的希奇古怪的行为可以汽化显示接近绝对零度?

我们日常的固体、液体和气体,它们的热量和热能是因为原子和分子在它们到处活泼跳跃和相互碰撞。可是在极低的温度下,古怪的量子力学占了物理学的统治地位。在传统意义上的分子不再相互碰撞,反而,它们的量子波会伸展和重叠。它们作重叠有时会形成一种称作玻色—爱因斯坦凝聚态的状态,在此种状态下,所有的原子做完全一样的动作,就像一个单一的“超级原子”。第一个纯粹的玻色—爱因斯坦凝聚态是在1995年使用一大群铷原子在科罗拉多(美国西部的州)所建立起来的,它的温度低于170毫微开尔文。

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
科学家将分子冷却到逼近绝对零度 揭示最冷的“超慢动作”化学反应
宇宙最高温可达1.4亿亿亿亿度,为何最低温度仅为-273.15℃?
绝对零度
令人费解的绝对零度
绝对零度面面观《世界科学》
宇宙中最冷的地方在哪?旋镖星云?不,是地球上的实验室!
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服