大家都应该知道,在宇宙中有一个称为绝对零度的最低气温,也就是零下273.15摄氏度。宇宙中的任何环境温度都要高于这个数值,哪怕只是略高一些,它和绝对零度之间仍有距离。
与光速不可超越的规则类似,没有任何物体在宇宙中能够超越光速,甚至有静质量的物体连光速都无法接近,它们只能尽可能靠近光速。
科学家们已经能够制造出极为接近绝对零度的环境,温度只比绝对零度高了亿分之一度,然而要真正达到绝对零度是根本不可能的。别看这微小的差距,它却是一道无法跨越的鸿沟。
那么,为何永远无法触及绝对零度呢?我们首先需要理解什么是温度。
温度,是对物体冷热程度的度量,但定义稍显模糊。更确切地说,温度反映的是微观粒子运动的速度,它直接关联到物体的内能。物体内微观粒子运动越激烈,其温度就越高;相反,温度就越低。
理论分析表明,当物体内的微观粒子运动完全停止,即进入绝对静止状态时,物体的温度就是绝对零度。但问题在于,微观粒子总会持续进行着无规则的运动,绝对静止是永远不可能的。
从量子力学的角度来分析,我们可以更精确地说明为什么微观粒子不能达到绝对静止。因为在微观世界中存在着内在的不确定性,具体来说就是微观粒子的位置和速度始终是不确定的,这两者的不确定性乘积必须大于一个最小的常数。
尽管这个常数极小,但它总是大于零。
不确定性原理告诉我们,微观粒子的速度不可能为零,否则就会违背这个原理。因此,微观粒子始终处于运动之中,宏观世界的物体温度也就无法达到绝对零度。
然而,人们还是好奇,如果真的达到了绝对零度,会发生什么?
简单来说,一旦宇宙达到绝对零度,宇宙就会终止,一切不复存在,包括时间和空间。
为何会有如此恐怖的结局呢?
因为绝对零度意味着宇宙中的一切都不再有任何能量交换,都进入了绝对静止的状态,时间和空间也停止了脚步,变得毫无意义。
尽管科学家们明白绝对零度是无法实现的,但他们在实验室中还是会采用各种方法去创造接近绝对零度的环境。他们的目的并不是要突破绝对零度的限制,而是想探索在这样的低温下,物质会有怎样的奇异行为。
实际上,在这样的低温下,确实会出现许多神奇的现象。当物体温度接近绝对零度时,它会进入一种新的物质形态,称为玻色-爱因斯坦凝聚态,这是物质的第五种形态。在这种形态下,物质会展现出许多违反直觉的现象,例如超流性。
例如液态氦在极低温下会表现出超流体特性,完全失去黏性。如果将其放在环形容器中,即使没有外力推动,它也能持续流动。超流体液氦甚至能无阻力通过极细的管道,还能像生物一样从杯中爬出。这种违背重力的行为令人惊叹。
既然宇宙有绝对零度的最低温度限制,那么对于高温是否也存在限制呢?
有些人可能认为高温可以无限上升,没有上限。然而,实际上,宇宙中确实存在一个最高的温度限制,那就是所谓的“普朗克温度”,这是在宇宙大爆炸发生之初一普朗克时间内的温度。
普朗克时间是已知的最小的时间单位,因为普朗克温度是已知的最高温度。也许在宇宙大爆炸之前更高的温度是可能的,但这对我们来说没有实际意义。
普朗克温度在宇宙大爆炸后一普朗克时间内出现过一次,之后的宇宙温度都低于它,大约为1.4亿亿亿亿度。普朗克温度与光速,普朗克质量,玻尔兹曼常数有关。
回过头来,既然宇宙的寿命有限,那么宇宙终结时的温度是否会达到绝对零度呢?
理论上,这是可能的。当宇宙走向终结,所有事物都会消失,包括时间和空间本身,一切都会停在绝对静止的状态,能量也彻底耗尽。那将是一个令人窒息且无法想象的极度低温状态,即绝对零度。
然而,我们无需担忧这一天的来临,因为宇宙的终结将在极其遥远的未来发生,遥远到超乎我们的想象。比如,已知的最大质量黑洞的寿命大约为10的1000次方年,最后一个黑洞消亡时,差不多就是宇宙的终点。
而我们的太阳在大约50亿年后也将走向终结,那时是否还有人类文明,都是未知数!