科学史上最经典的“大力出奇迹”,莫过于用“土法制冷”挑战绝对零度

2023-05-21 来源:飞速影视
在和人争吵空调到底设26度还是27度的问题上,在运动过后从小卖部买的饮料是否够冰的问题上,在手游里欣赏璃月港景色时手掌是否被“煎烤”的问题上,你会惊奇的发现自己原来对区区几度的变化那么敏感。
然而,如果跳脱对温度的体感,不谈添衣加裤这些家常事,你又对温度有多少了解呢?
俗话说:学语言从粗口开始,涨知识从“之最”起步。按照物理学的定义,温度反应的是分子热运动的剧烈程度,温度高代表分子平均热运动的动能大。
通过理论,我们可以推出宇宙中的温度极限,对于高温来说,质量最大的微观粒子以光速运动时即为温度的上限,数值超过10^32 K,称为普朗克温度。
对于低温的极限,大家应该会更为熟悉,也就是所谓的“绝对零度”,数值为0K,换算成常用的温度单位即为-273.15摄氏度,是一个仅存在于理论中而不可能达到的极限值。
如果问起“绝对零度”是怎么来的,恐怕没有几个人能答得上来,关于它的故事说来也挺神奇的,在绝对零度的概念提出时,根本没有人能够哪怕接近这样一个数字。
一百多年后,才有人制成液氦,达到了-269°C(4.2 K)的低温,而实现制得液氦的方法说复杂也复杂,说简单也简单,总之不是用冰箱。
绝对零度概念的提出不是一蹴而就的,也是经过了好几代人观察总结。最早在1702年,法国物理学家纪尧姆·阿蒙顿提出了寒冷是否有极限的议题。
他改进了一种使用空气和水银温度计,空气的体积随着温度变化,带动一截水银移动来显示刻度,温度计的最小数值有极限,也就是零点,按照今天的推算约为-240°C。

科学史上最经典的“大力出奇迹”,莫过于用“土法制冷”挑战绝对零度


直到18世纪末,也有不少物理学家尝试去探寻这个低温的极限。1785年,又是来自法国的物理学家雅克·查尔斯,他发现了气体在压强恒定时,温度与体积的变化关系。
他在实验中发现,在体积恒定的情况下,温度每降低1°C,气体的压强大概降低其在0°C时压强的1/273,按照这一个规律推算,当气体温度降低到-273°C时,压强就变为零了,真空了,不存在了。
这显然是一个不可能达到的极限,随后,英国物理学家威廉·汤姆森(也就是开尔文男爵,开尔文原为一条河的名字)根据前人的总结和推测,给出了第一个正式的绝对零度概念,并且解释为物体内能降低至零,分子运动完全停止的状态。
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