解读让人费解的绝对零度,它因何而存在?

科学充满了零。光的质量为零，中子电荷为零，一个数学点的长度是零。这些零可能是不熟悉的，但它们遵循一致的逻辑。一切都代表着某种东西的缺失：质量、电荷、距离。

然后是令人费解的绝对零度。

我们倾向于认为冷热是相对的东西。例如，一杯茶比炉子上的火冷，但比冰块热。绝对零度代表可能最冷的温度，它与这个模式相抵触。更奇怪的是，绝对零度在非科学家使用的温标上甚至都不是零：摄氏零下273.15度，或者华氏零下459.67度。

怎么会有最低温度呢？

解码绝对零度的关键是理解温度是什么。它只是衡量一个物质中的原子或分子运动的速度，或者更精确地说，是这些粒子的平均动能。

把它想象成一场原子躲避球的游戏。当球击中你时，你会感觉到它的能量。数以万亿计的躲闪球击中，在一个不可见的小尺度发生，是我们所感知的温度。

快速运动的原子猛烈撞击，我们觉得这是一种高温。当一个热的物体接触到一个冷的物体时，更快、更热的原子就会把它们的一些速度传递给更慢、更冷的原子。热的物体冷却，冷的物体会变暖。

现在绝对零度中的零度是有意义的：绝对零度是指物质中的粒子基本上静止的温度。没有办法减慢它们的速度，所以不会有更低的温度。

一切都会在绝对零度停止吗？不完全是。原子并不是完全静止的；它们因量子物理相关的影响而摆动。当然，不管多冷，每个原子的活动都会继续。电子继续运动，质子和中子也是如此。

谁发现了绝对零度？

纪尧姆·阿蒙顿(Guillaume Amonton)是一位法国发明家，他在童年时失去听力，从未上过大学。他在1702年提出了这一基本概念。他的实验表明空气压力与温度成正比，他推断有一个最低温度，在这个温度下压力将降到零。他甚至对那个温度做了一个估算，零下240度，非常接近实际值。

1848年，苏格兰-爱尔兰物理学家威廉·汤姆森（William Thomson），更广为人知的开尔文勋爵，扩展了阿蒙顿的研究，发展了他所谓的适用于所有物质的“绝对”温标。他把绝对零度设为0，去掉了那些笨重的负数。物理学家现在依靠开尔文(K)标度来测量温度。

回旋镖星云距离地球约5000光年，已知宇宙中最冷的地方之一

宇宙中最冷的地方在哪里？

大爆炸留下的能量温暖了整个宇宙，使它远远高于绝对零度。空间平均温度为2.74开尔文，或零下454.7华氏度。令人惊讶的是，一些天体比空的空间更冷。一团不断膨胀的气体云被称为“回旋镖星云”，它的行为就像一台星际冰柜。它的温度约为1 K，是宇宙中最冷的自然发生地点。

但人类在地球上的制造的变冷程度远低于此。2003年，麻省理工学院的研究人员使用激光束减缓了钠原子的速度，将其冷却到绝对零度以上的十亿分之一度。这仍然是世界纪录。

地球以外最冷的地方也是人造的。去年夏天，宇航员在国际空间站上启动了一个名为“冷原子实验室”的实验。这个实验室的温度比空旷的空间低3000万倍。美国宇航局喷气推进实验室的罗伯特汤普森(Robert Thompson)，这项实验的研究人员之一：“我一直在研究这个想法，已经有20多年了。见证并运作起来感觉令人难以置信。”

当物质变冷时会发生什么？

超冷原子的行为方式既迷人又有潜在的用处。它们融合成一种奇异的物质状态，称为玻色-爱因斯坦凝聚体。汤普森说：“我们有人希望利用凝聚态来改善卫星导航等实际工作，而其他人则试图测试物理学的基本理论，或者模拟早期宇宙的物理。”

接近绝对零度，也有可能以其他条件下不可能的方式操纵化学反应。

去年春天，哈佛大学的化学家用两个缓慢移动的低温原子直接组装了一个分子，使其成为有史以来最小的化学实验。在这种情况下，量子物理的微妙效应变得显而易见。在这种超低温的温度下，我们实际上可以观察到原子和分子的波动性质。

接下来，科学家希望探索尚未发现的化学规律，并设计新的分子。绝对零度实验的其他可能应用包括精密传感器和时钟，甚至可能包括超级强大的量子计算机。