友情提醒：硬核，不要輕易嘗試！！！
絕對零度：完整解釋
絕對零度是可能存在的最低溫度。它對應于熱力學溫標的下限。也就是說，它是理想氣體的焓和熵達到指定為0的最小值的狀態。該理論溫度是通過外推理想氣體定律來確定的。根據國際公約，絕對零度值固定在-273.15°C（攝氏度）或-459.67°F（華氏度）左右。根據定義，開爾文和蘭金量表認為絕對零為零。請注意，開爾文標度不能接受負數。
熱力學定律意味著絕對零度不能僅靠熱力學方法實現。冷卻劑的溫度漸近接近冷卻劑的溫度。在量子力學中，絕對零度的系統具有零點能量，即絕對零度的基態能量。基態的動能是無法消除的。
1702年，絕對零度狀態首先由法國物理學家和科學家紀堯姆·阿蒙頓提出，他研究了氣體溫度和壓力之間的關系，但沒有精確的溫度計可供他使用。雖然他的結果是定性的，但他發現，在給定體積中封閉的給定量氣體的壓力從“冷”溫度增加到水的沸點增加約三分之一，并且在溫度下不會發生壓力。
1824年，薩迪·卡諾（Sadi Carnot）出版了他的主要著作：對火的驅動力和適合這種力量發展的機器的思考。在早期評論家省略的腳注中，他認為理想熱機的效率可能是絕對溫標的基礎。
1848年，威廉·湯姆森（開爾文勛爵）提出了一個絕對溫標，其中測量的溫降對應于所研究體內的等效熱降。這個概念將絕對零度確定為熱量不能再從不受氣體定律約束的物體轉移的溫度。
描述
絕對零度定義為只能漸近達到的最低可能溫度。這是理論性的，不可用。在0 K的溫度下，該物質不再包含宏觀尺度上占據幾個微觀能級所需的熱能（或熱量）。它的組成粒子（原子，分子）處于相同的最小能量狀態（基態）。這導致零熵，因為這些粒子不能用相同水平的基態能量來區分，也因為它們在經典意義上完全不動。
然而，根據量子物理學理論，遵循不確定性原理（海森堡），粒子總是具有非零動量。事實上，在接近絕對零度時，身體的分子具有越來越精確的力矩（接近于零），并且它們的位置仍然存在內部不確定性。然而，當他們試圖停止時，他們的立場也變得更加清晰。他們觀察量子不確定性的原理，因為他們傾向于接近絕對零度的最小能量狀態。我們談論的是絕對零度的殘余能量。
物理學家發現，當接近這個極限時，一些物質獲得了獨特的性質。一些作為氦的穩定同位素的液體完全失去其粘度。這是超流動性。此外，一些金屬或合金會失去電阻（這是超導性），或者相反，具有非常高的電阻（這是超絕緣）。
方法
在實踐中，今天0.21 K通常是通過氦氣蒸發來實現的，但是另一種方法，稱為“順磁性材料的絕熱退磁”，即使在低溫下也可以將此數字減少到1×10-6 K。最后，含有玻色 - 愛因斯坦凝聚物的原子氣冷玻色子可以達到1×10-9 K的溫度。正是這種激光冷卻方法，麻省理工學院研究人員用它來記錄450 pK。
極低的溫度
核消磁可以通過低溫冰箱，稀釋冰箱和低溫恒溫器實現，但不能實現絕對零度。用激光冷卻原子可以達到低于開爾文十億分之一的溫度。在接近絕對零度的極低溫度下，物質表現出許多不尋常的性質，例如超導性，超流動性和玻色 - 愛因斯坦凝聚。為了研究這些特性，科學家們試圖達到更低的溫度。
負絕對溫度
在一些量子物理實驗中，算子計算負熱力學溫度。這些非常低的負值（從幾皮開爾文到幾納開爾文）在測量一些非常具體的量子系統時表現出來，其中熵達到其最大值，然后隨著額外能量的增加而降低。因此，測量到的負絕對溫度的樣品不應被視為比絕對零度“冷”，因為它們會向與它們接觸的其他系統提供熱量。負溫度并不意味著在某些時候溫度已經超過絕對零度，并且“絕對零度仍然無法實現”。
2013年1月，物理學家在科學雜志《自然》上發表了第一個從鉀原子中產生氣體的負絕對溫度，由熱力學自由度決定。該方法是捕獲在正絕對溫度下不穩定的配置中的原子，如果陷阱是穩定的，則為系統分配負絕對溫度。這項工作的意義和重要性尚待確定。
大約140億年前，宇宙誕生時就升溫到1032°C的巨大溫度，今天，它的主要特征是寒冷。但是在這里，在地球上，零下200°C的霜凍不會威脅到我們。因此，我們希望超低溫的故事有助于在寒冷中溫暖我們的心。
威廉·湯姆森，開爾文勛爵英國物理學家，熱力學、電動力學和力學專家。開爾文熱力學溫度單位是國際體系中的七個測量單位之一，以他的名字命名。/注意/拉引號
過去，開爾文勛爵將慢管家稱為絕對零度。這個詞就是這樣誕生的。笑話。此外，這位科學家并不是第一個確定最低溫度的人。
18世紀初，法國物理學家紀堯姆·阿蒙頓曾考慮過“絕對寒冷”。他發現，當空氣從0°C（水的冰點）加熱到100°C（沸騰）時，壓力會增加約三分之一。這位科學家想知道：需要多少時間來冷卻空氣才能使壓力消失，即使空氣變得堅固？一個半世紀后，英國物理學家威廉·湯普森（當時尚未被授予開爾文勛爵的頭銜）根據類似的考慮計算出幾乎精確的絕對零度值。然后，開爾文從那時起就構建了一個刻度。
實際上，絕對零度并不存在。為什么？體溫是由原子的運動產生的。這意味著在-273.15°C的溫度下，所有原子都必須處于靜止狀態。但這是不可能的，因為量子效應，即所謂的零振蕩，它也存在于真空中。
自然界中最低的多少是 1K （-272°C）
你試圖在哪里找到最低溫度？也許在一個沒有熱源的地方，例如，在遠離星系的太空中？不幸的是，即使是宇宙沙漠也會失敗，因為它會升溫幾度，即高達2.725 K，這是由于宇宙大爆炸遺留下來的宇宙微波背景輻射。
然而，事實證明，在宇宙中可能存在比空性更冷的東西。1995年，智利歐洲南方天文臺的天文學家估計，回旋鏢星云中的恒星氣體以600，000公里/小時的速度噴發。其本質是，隨著氣體的快速膨脹，內部熱能被消耗，因此同時冷卻。星云用于增加氣體包絡。這個原理是大多數冰箱工作的基礎。
太陽系中最低的多少 -240°С
離太陽越遠，它似乎越冷，在某種程度上這是真的。三個最冷的地方包括海王星的衛星海衛一（低于-237.6°C），冥王星（-230°C）和意外的月球。
可以理解為什么海衛一這么冷。畢竟，它距離太陽45億公里。冥王星比它應該得更冷，因為當行星接近太陽時，其表面的氮冰會融化，并在遠離太陽時再次形成。結果，它的表面像汗流浹背的人體一樣冷卻。另一方面，月球是一個記錄保持者，因為它的底部有深深的隕石坑，陽光無法進入。此外，其表面可以加熱到100°C以上的溫度。
應該指出的是，太陽系中仍有許多未開發的天體，奧爾特云和柯伊伯帶的一些物體很可能會將月球從它的位置移開。
最低的人造。多少 50 皮開爾文 （0.000 000 000 05 K）
許多材料在非常低的溫度下表現出卓越的性能。例如，金屬變成超導，液體和冷凝氣體變成超流體。在接近絕對零度的溫度下，玻色 - 愛因斯坦凝聚發生 - 一種物質狀態，其中所有原子獲得相同的能級并且彼此無法區分。
根據發表在《物理評論快報》雜志上的一篇文章，今年春天，物理學家馬克·卡塞維奇（Mark Kasevich）和斯坦福大學的同事們能夠將10萬個銣原子的凝聚物冷卻到約50皮開爾文。該指標是在抑制原子運動的特殊激光的幫助下實現的。
地球上最低的什么距離 -89.2°С
東方不僅是一個微妙的問題，而且在南極基地方面也是一個非常寒冷的問題。蘇聯氣象學家在1983年記錄的-89.2°C的溫度記錄現在存在爭議。例如，最近在日本富士巨蛋極地天文臺附近報告了低至-2°C的溫度。然而，測量是使用僅讀取表面溫度而不是空氣的衛星進行的。
雅庫特的兩個定居點正在爭取被視為北半球寒冷地區的權利。這是維爾霍揚斯克市和奧伊米亞康村（事實上，談論奧伊米亞康區更正確，因為在那里進行觀察）。（距離村莊40公里）。在維爾霍揚斯克，記錄的溫度仍然略低--67.8°C。
然而，Oymyakon的捍衛者并沒有放棄，不僅試圖移動他們的鄰居 - 競爭對手，而且還挑戰世界紀錄。正如他們正確指出的那樣，沃斯托克基地位于海拔三公里以上的高度，而奧伊米亞康位于海拔700米的高度，這使得它們的高度相同，這意味著奧伊米亞康是地球上最冷的地方。事實上，海拔僅100多米的維爾霍揚斯克在這些討論中被遺忘了。
宇宙中273度
什么是絕對零度（通常為零）？這樣的溫度真的存在于宇宙的任何地方嗎？在現實生活中，是否有可能將某些東西冷卻到絕對零度？本文試圖回答這些問題和其他有趣的問題。
對寒冷的邊界感興趣的原因有很多。也許你是一個不可思議的超級惡棍，他想利用凍結的力量，了解你的能力。或者你想知道你是否可以克服一波寒冷。讓我們來探索低溫的極限。
物理意義
你不必是物理學家就能熟悉溫度的概念。但是，如果你突然不幸地在森林或其他星球上長大，這里有一個快速概述。
溫度是材料中內部隨機能量的量度。“內部”一詞至關重要。當你扔雪球時，主要運動發生得相當快，但雪球仍然很冷。另一方面，如果你看看在房間里飛來飛去的空氣分子，那么普通的氧氣分子就會以每小時幾千公里的速度飛行。
對于專家來說，溫度比我們說的要復雜一些，因為我們傾向于對技術細節保持沉默。溫度的真正定義是每個熵單位必須消耗多少能量（由于缺乏更合適的術語，殘疾，我們已經詳細闡述了熵）。但是，讓我們跳過所有的微妙之處，專注于這樣一個事實，即隨著溫度的下降，冰中空氣和水的隨機分子移動和振動得更慢。
絕對零度在 -273.15 攝氏度或 -459.67 華氏度時正好是 0 開爾文。這是熱運動完全停止的點。
分子和原子何時停止？
對這個問題的經典考慮是，一切都止步于絕對零度，但正是在這一點上，量子力學的可怕槍口從拐角處探出頭來。量子力學的一個預言已經染上了不止一個物理學家的血液，那就是粒子的確切位置和動量永遠無法完全確定地測量。這被稱為海森堡的不確定性原理。
如果密閉的房間可以冷卻到絕對零度，就會發生奇怪的事情（稍后會詳細介紹）。氣壓將降至幾乎為零，空氣將散落在地板上的薄層中，因為氣壓通常不會屈服于重力。
但是，如果您可以測量單個分子，則可以看到有趣的東西。它們振動和旋轉。量子不確定性適用。如果我們測量二氧化碳分子在絕對零度的旋轉，我們發現氧原子以每小時幾公里的速度圍繞碳旋轉。
對話結束。當我們談論量子世界時，運動失去了意義。在這樣的尺度上，粒子不是靜止的，因為一切都是由不確定性決定的。你不能像測量靜止的粒子一樣測量它。
是否有可能達到絕對零度？
追求絕對零度與追求光速一樣，也遇到了同樣的問題。達到光速需要無限量的能量，達到絕對零度需要釋放無限量的熱量。如果有的話，這些過程都是不可能的。
盡管我們還沒有達到絕對零度的實際狀態，但我們非常接近它（然而，在這種情況下，“非常”是一個非常粗略的概念，就像在兒童計數押韻中一樣：二，三，四，四和半，四個在一個線程上，四個在線程上，五個線程上）。地球上有記錄的最低溫度是1983年南極洲的-89.15攝氏度（184K）。
當然，如果你想像個孩子一樣放松，你需要潛入宇宙的深處。整個宇宙充滿了來自大爆炸的殘余輻射。宇宙中最空曠的區域，2.73開爾文，略低于液氦的溫度，液氦在一百年前能夠到達地球。
然而，低溫物理學家使用升華光束將這項技術提升到一個全新的水平。您可能會驚訝地發現，冷凍光束的形狀像激光。但是如何做到呢？激光應該燃燒。
這是真的，但激光有一個特點：它可以用作最后通牒。它甚至可以被稱為最后通牒。事實是，所有光都以相同的頻率發射。普通的中性原子根本不與光相互作用，除非頻率被精確調諧。當原子飛向光源時，光經歷多普勒頻移以更高的頻率。原子吸收的光子能量比它們能吸收的要少。因此，如果激光被設置為低電平，快速移動的原子會吸收光并在隨機方向上發射光子，從而損失平均少量的能量。這個過程可以重復，將氣體冷卻到小于一納開爾文（十億分之一度）的溫度。
事情變得更加極端。最低溫度的世界紀錄是絕對零度以上不到十億分之一度的十分之一。允許您實現這一目標的設備可以捕獲磁場中的原子。溫度“主要取決于原子核的自旋，而不是原子本身。
現在，為了公平地做到這一點，我們需要一點夢想。想象一下，一些東西凍結了十億分之一度，你肯定會得到一個想法，即使是空氣分子也會凍結在原地，通常在1.5攝氏度左右。我們甚至可以想象凍結原子旋轉的破壞性世界末日裝置。
最后，如果你真的想體驗低溫，你只需要等待。在大約170億年后，宇宙輻射的背景溫度將下降到1K，950億年后，溫度將下降到0.01 K左右。4000億年后，深空將像地球上最冷的實驗一樣寒冷，之后甚至更冷。如果你想知道為什么宇宙冷卻得這么快，你可以感謝我們的老朋友——熵和暗能量。宇宙處于加速模式，進入一個永恒的指數增長期。一切都很快凍結。
在 0 開爾文時會發生什么？
當然，這一切都很棒，打破記錄也很棒。但有什么意義呢？好吧，有很多很好的理由來了解底部和贏家的溫度。
例如，美國國家標準與技術研究院的善良人士只想度過涼爽的時光。例如，時間標準基于銫原子的頻率。如果銫原子移動得太多，就會在測量中產生不確定性，并最終導致時鐘失靈。
但更重要的是，特別是從科學的角度來看，這些材料在低溫下表現出異常的行為。例如，就像激光由彼此同步的光子組成（具有相同的頻率和相位）一樣，它可以產生一種稱為玻色 - 愛因斯坦凝聚物的材料。在其中，所有原子都處于相同的狀態。或者，想象一個汞合金，其中每個原子都失去了它的個性，整個質量都反應為一個超零原子。
在非常低的溫度下，許多材料會變成超流體。這意味著它們是絕對粘稠的，可以堆疊在非常薄的層中，甚至不會屈服于重力以最小化能量。此外，在低溫下，許多材料成為超導材料。這意味著電阻被排除在外。為了響應外部磁場，超導體可以完全抵消金屬內部的磁場。因此，低溫和磁鐵的組合可以用來產生一種懸浮。
為什么有絕對零度但沒有絕對最大值？
讓我們看看另一個極端。如果溫度只是能量的量度，那么你可以想象原子越來越接近光速。這不能無限期地持續下去，不是嗎？
答案很簡單。不知道。有可能存在無限的溫度，但如果有一個絕對的限制，那么早期的宇宙提供了非常有趣的線索，關于它可能是什么。曾經存在的最高溫度（至少在我們的宇宙中）可能發生在所謂的“普朗克時間”。引力在大爆炸后10^-43秒與量子力學和物理學分離。當時的溫度約為10^32 K，比太陽內部的溫度高出70億倍。
同樣，我們不知道這是否是有記錄以來的最高溫度。在普朗克的時代，我們甚至沒有一個大型的宇宙模型，所以我們甚至不能確定宇宙是否被帶到了這樣的狀態。無論如何，我們更接近絕對零度比絕對熱量近很多倍。
