為什麼無法達到絕對零度?因為絕對零度意味著宇宙的終結!
更新于:2025-04-06 15:29:31

日常生活經驗告訴我們,溫度有高有低,我們每天都能感受到溫度的變化。但溫度到底是什麼呢?

物理學上來講,溫度是衡量物體冷熱程度的物理量,具體來講就是微觀粒子熱運動的劇烈程度,與微觀粒子的動能息息相關,動能越大,表現出來的溫度就越高。

比如說,沸水的溫度是100度,太陽核心的溫度高達1500萬度,氫彈爆炸瞬間產生的溫度達到1億度。人類目前創造出來的最高溫度是多少呢?

恐怖的5萬5千億度,這個溫度只持續了一瞬間,是通過大型粒子對撞機讓粒子以非常接近光速的速度碰撞產生的,雖然溫度很高,但持續時間非常短,並不會對周圍環境產生什麼影響。

這是不是意味著溫度沒有上限呢?我們的宇宙確實存在著一個最高溫度,那就是普朗克溫度,這個溫度只出現過一次,就是在138億年前的宇宙大爆炸瞬間的溫度,大約為1.4億億億億度。

普朗克溫度是有意義的最高溫度,那麼有沒有比普朗克溫度更高的溫度呢?理論上是存在的,只是人類無法描述而已,或者說對於人類來講沒有意義。因為溫度與微觀粒子的動能有直接關係,動能越大溫度就會越高。

而動能與物體的品質成正比,按照愛因斯坦的相對論,如果物體的速度無限接近光速,品質就會變得非常大,從而動能也會很大,甚至接近無限大。

只不過對於一旦溫度高於普朗克溫度,對於我們來講就沒有了意義,這裡牽扯到普朗克溫度的具體意義,這裡就不再詳述了。

說完了高溫,再來看看低溫,高溫可以如此高,是不是意味著低溫也可以無限低呢?

並不是,低溫也是有下限的,這個下限就是絕對零度,也就是零下273.15度。絕對零度是宇宙溫度的最低值,所以說不管宇宙中的溫度有多低,總是要比絕對零度高一點的。

而實驗證明也確實如此,雖然人們早就知道溫度的下限是絕對零度,但還是想通過實驗來驗證這一點。於是科學家通過各種方法試圖製造出更低的溫度。結果顯示,無論科學家們製造的溫度有多低,總是比絕對零度高那麼一點點。

人類製造的最低溫度已經非常接近絕對零度了,只比絕對零度高了0.0000000001度!你可能會說,這麼小的差異,再努力一下不就行了?不就能達到絕對零度了?

但就是這麼微小的差異,對於人類來講也是難以逾越的鴻溝,我們永遠無法突破。為什麼會這樣呢?

按照溫度的定義,溫度其實就是微觀粒子運動快慢的直接體現,粒子的速度越快,溫度就會越高。那麼如果微觀粒子停止運動,處於完全靜止的狀態,是不是就能達到絕對零度了呢?

理論上分析確實如此,通俗理解,萬物都靜止的溫度就是絕對零度。但問題就在於萬物不可能絕對靜止,靜止是相對的,萬物總是一刻不停的在運動。微觀世界的粒子一直在做無規則運動。

為什麼會一直運動呢?不運動不行嗎?

確實不行!從更深的層次來講,量子力學的不確定性原理告訴我們,粒子的速度和位置存在著不確定性關係,速度的不確定性與位置不確定性的乘積必須不小於一個常數,雖然這個常數很小,但比零要大。

這意味著微觀粒子速度的不確定性不可能為零,也就是說,微觀粒子的速度不可能為零,如果為零,意味著速度就是確定的,不確定性就為零,這與量子力學的不確定性原理發生了矛盾。

我們也可以換一種方式來通俗理解,如果溫度達到了絕對零度,意味著萬物都靜止了,不僅僅是我們看到的物質靜止不動了,甚至連時間也靜止了,空間也不再有任何變化,這意味著宇宙中不再有任何能量,時間和和空間本身也變得毫無意義了。

這樣的宇宙實際上已經死亡了!所以說絕對零度是無法達到了。

不過研究宇宙歷史的科學家們做出這樣的推測,絕對零度或許真的可以達到,但只能出現一次。

就像普朗克溫度只出現過一次,出現在138億年前的宇宙大爆炸瞬間,也就是宇宙起源的那一刻,絕對零度則會出現在宇宙走向終結的那一刻。

在極其遙遠的未來,宇宙中的能量會耗盡,萬物都趨於靜止,宣告宇宙的終結,在那一刻溫度很可能會達到絕對零度!