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零下273.15摄氏度究竟有多可怕?一切都将静止,包括“光”

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你好科普菌 2021-10-21 11:24

中国古人根据自己敏锐的观察力和总结能力,总结出了一年的“二十四节气”,用于指导农业生产和日常生活。其中春夏秋冬四个季节各有六个节气。

时至今日,我们还在使用节气来判断一个季节的来临和消失。现在生活在城市中的人不需要再进行农业生产了,四季对我们来说最大的不同可能就是温度上的差别。

随着城市热岛效应的增加,人们发现春季和秋季的温度变化越来越不明显,我们的生活里仿佛只剩下了炎热的夏天和寒冷的冬天。相对于夏天来说,冬天更给人一种“肃杀”、“残酷”的感觉,因为在低温之下,大多数生物都进入了更加“缓慢”的状态。

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我国是一个幅员辽阔的国家,南北横跨了近5500千米,更横跨纬度近50度。在这种情况下,各地的气候差异也是十分明显的。比如在我国最南端的海南岛上,冬季的温度也能够达到10摄氏度以上;而在我国最北端的漠河,冬季气温却可以低至零下四十多摄氏度

如此寒冷的地方,室外已经到了滴水成冰的程度,人的皮肤如果直接暴露在空气中,那么很快就会被冻伤甚至坏死。因此,除了必要的时候,这里的居民很少在冬天出门。

地球上温度的变化

为什么地球上会产生四季呢?这个问题曾经长久地困扰着人类,直到我们知道了地球并非是宇宙的中心,我们的星球是一颗围绕着太阳旋转的行星,这个轨道被称为公转轨道,地球公转的时间就是我们所说的一年。

公转轨道不是一个标准的圆形,而是类似于椭圆的形状,因此地球和太阳的距离也会发生变化,所以会有春夏秋冬的温度差别。而由于地轴并不是完全垂直于黄道,南半球和北半球的恰好相反,在北半球是冬天的时候,南半球却恰好是夏季。

除了公转的轨迹以外,地球上各个地区的纬度也是决定气温的因素之一。由于地球本身是一个球体,因此纬度越高的地方接收到的太阳辐射也就越少,自然温度最低。

所以,地球上最冷的地方就是南极和北极了,从人类开始测算以来,地球上最低的温度是2018年在南极东部高原采集到的,为零下100摄氏度。

这个数字可能会让大家感到惊讶,因为在这样的温度下,几乎不可能有任何地球生命存活。但这只是在地球内部进行比较,如果我们将目光放到更加浩瀚的宇宙空间去,就会发现零下100摄氏度并不算是一个非常低的温度。

宇宙中的低温

地球上之所以能够有这么多生命的存在,其中一个重要的原因就是有着适宜的温度。地球和太阳之间的距离既不像是水星那么近,也不像是天王星、海王星那么远,加之还有类似于“温室”的大气层,能够让我们的昼夜温差不那么明显,让生命能够繁衍生息。

尽管太阳表层的温度达到了数千摄氏度,但是在茫茫宇宙之中,能够受到恒星的热辐射的范围并不大,大部分空间还是冰冷的。那么,这个低温到底“低”到了什么程度?

就拿太阳系中的“远日行星”,也就是海王星和天王星的温度来说,它们最低能够达到零下两百多摄氏度,远远超过了地球上的最低温。

对于这样一颗冰冷的行星来说,几乎表面上所有的物质都被冻结了,因此是名副其实的“冰球”,除了有水冰以外,还有氨冰、甲烷等,它们都在低温下变成了固体。

那么,这样的状态是不是宇宙中最低的温度了呢?或者说,宇宙是不是真的有一个低温的极限?我们知道高温可以达到成千上万摄氏度,那么低温是不是也会达到零下几千度?

“绝对零度”的概念

答案是否定的。在热力学的概念中,有一个数值叫做“绝对零度”,用热量单位“开尔文”来表示是0K,换算成摄氏度大约是零下273.15度。

不过,尽管科学家们测算出了绝对零度的数值,但是在真实的宇宙中,这个温度却是只能够接近而无法在达到的,这是为什么呢?要想明白这个结论,我们需要先从温度的概念开始说起。为什么宇宙中会有温度?这主要是因为宇宙中的物质处在不断地运动当中。

辩证法告诉我们,世界上的一切都是处在不断的运动当中的,并不存在绝对的静止。所以,即使是那些看起来没有运动的物体,其内部的分子、粒子等组成部分也处在运动当中,所以物体本身是有温度的,这是热力学第三定律告诉我们的自然规律。

因此,绝对零度的环境下,一切都将静止。而且就算这个温度真的存在,也是存在于一个绝对“真空”的空间里,其中不会有任何物质的存在。我们的宇宙本来就是物质组成,自然也不存在这样的地方。

现在的物理学界已经基本认定,宇宙的起源是那一场大爆炸,也就是说一切的物质最初都存在于一个“奇点”当中,并在大爆炸发生以后开始分散、膨胀,最终形成了如今的宇宙。

并且,宇宙并不是在达到了一定的大小之后就静止了,它至今都还处在不断地膨胀当中,物质之间的距离也越来越远

所以我们可以说,宇宙中的一切都还在运动,自然也就不存在所谓的“真空”了。我们能够测量出的可观测宇宙是有限的,但是在那之外还有比光速膨胀得更快的部分,因而我们无法了解那里究竟是什么样子,因此也被称为“不可观测宇宙”

连光也会被“冻住”的低温

我们知道水的凝固点是0摄氏度,在零度以下的水就会凝结成冰,实际上就是水的温度达到了结晶的“点”,而其他的物质也会有这样的变化,只不过是需要的温度不同罢了。光对于我们来说并不陌生,很多人会忽略的一点是,其实光本身也是一种物质。

那么,光也会像水结冰那样,在一定的温度下“凝结”吗?实际上,如果真的能够达到“绝对零度”,那么就连光也会失去传播的能力。

从理论上来说,光速是宇宙中最快的速度,但是因为有其他物质的阻挡,这个速度几乎是不可能达到的。光的传播需要介质,我们之所以能够看到宇宙中的天体散发出的光亮,是因为光通过了空间里的介质。

宇宙空间虽然看起来空无一物,但实际上其中还是存在着一定的物质,能够让光通过。不过由于宇宙空间的物质十分稀薄,它实际上的温度非常低,只不过离“绝对零度”还是有一定距离。在“绝对零度”,也就是不存在任何物质的空间里,光只能够“凝结”在原处,这实在是非常不可思议。

宇宙低温和未来发展

既然温度和物质的运动性质有关,那么宇宙的温度在诞生之后也在不断地变化当中。根据科学家们的推算,宇宙大爆炸之后很长的一段时间里,宇宙的温度还是很低的,因为那时候的物质运动还比较缓慢。

这个状态大约持续了一百亿年,然后宇宙才开始“醒来”,逐渐升高到现在的温度。研究者们在观测一些比较古老的星云的时候,会发现在这些天体的温度要远远低于我们所处的银河系,这无疑给这种理论提供了有力的佐证。

那么,未来的宇宙的温度会持续升高吗?也许并非如此。由于我们的宇宙目前还处在不断地膨胀当中,物质之间的距离将会越来越远,那么温度也会逐渐降低。当这个状态达到了一定程度之后,就会形成“热寂”,这将是我们所处的宇宙的终极命运。

到了“热寂”的状态之后,宇宙中的一切物质都将达到“热平衡”,运动所产生的能量也不存在了。那之后,我们的宇宙将走到自己的旅程的终点,甚至有可能产生新的“大爆炸”。

不过,现在这样的理论也只是一个针对宇宙未来的猜想,到底会不会最后进入“热寂”,我们还需要更多的证明。

结语

宇宙中的一切物质都是息息相关的,即使是我们身边无处不在的“温度”这一性质,也和宇宙的终极命运有着一定的联系。

也许对于人类来说这样的未来实在过于遥远,但是我们探寻的并不是只有“近在眼前”的事物,对于更加广阔的世界,我们的好奇心永远在驱使着人类继续前进。我们究竟从何而来,又要去往什么样的地方?

相信每个人在一生中多少都会有这样的疑惑时刻,而研究者们正是将这样的疑惑付诸实践,去运用各种理论求证,让我们能够更加了解自己存在的这个物质世界。

在今后,我们也许还会有全新的发现,现在的我们无法预测,但可以充分抱以期待。

宇宙温度对于我们目前的实践来说也并不是完全理论上的事物,比如太阳系内天体的温差变化,就能够对我们未来的宇宙探索提供重要的数值参考。

水星、金星的温度太高,我们的科研器材很难到达其表面,因为它们距离太阳实在是太近;而那些远离太阳的行星,它们的低温同样会影响到我们的探索活动。

如何制造出能够耐高温、低温的探测器,将是人类未来航天技术发展的重点。如果以后我们研制出了能够隔绝极端温度的宇航服,说不定宇航员也可以到这些星球上去看看呢。

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