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绝对达不到吗

时间:2022-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:一个“绝对温度”,带来两个未知问题:科学家说低温是有尽头的,那是200多年前从理论上做出的判断,难道这个-273.15℃就真的是不可能突破的极限吗?后来确定精确的绝对零度应该是-273.15℃。另一位值得称赞的科学家是荷兰物理学家卡麦林·昂内斯。这时,他已制造出逼近绝对零度的温度,仅比绝对零度高4.2℃。欧森—爱因斯坦说,要实现这个理论,要求接近绝对零度的低温,需要达到一亿分之一K。

若要问最高温度是多少,没有人能说出一个准数来。原子弹爆炸的温度够高的了,氢弹爆炸温度更高,原子弹只不过是氢弹的“引信”;列举出地球上所有的最高温度,也比不过太阳,太阳中心的温度高达2000万摄氏度。高温和更高的温度只是相对而言,上不封顶。

若要问最低温度是多少,科学家们敢说:是-273.15℃!绝对不会有比这更低的温度了,往下封了底。

-273.15℃就叫作“绝对温度”。

一个“绝对温度”,带来两个未知问题:科学家说低温是有尽头的,那是200多年前从理论上做出的判断,难道这个-273.15℃就真的是不可能突破的极限吗?达到绝对温度的时候,会出现什么难以预测的未知现象吗?

首先,我们来回顾一下,人们怎么会想到绝对温度。大约在17世纪末,科学家们就发现,气体的体积与压力和温度都有关系,不论是加大压力,或者是降低温度,气体的体积都会缩小。到了18世纪末,已经测出了气体体积缩小的数字。一定量的气体,在0℃时测出它的体积,保持压力不变,温度每降低1℃,气体的体积就会缩小1/273。

按照这个说法,温度降到-273℃时,气体的体积岂不是要变成零了?这是不可能的。又过了几十年,科学家换了一种说法,说气体的温度,是分子运动的结果,分子相互碰撞才产生热。物体有温度,是因为分子、原子在运动,运动得越快,温度越高;反过来,分子、原子的运动减弱就越来越冷,越冷越不动,最后达到-273℃的时候,分子就完全停止运动了。于是,这个温度就是世界上最低的温度。

既然没有比-273℃更低的温度,就应该是零度绝对零度。英国科学家开尔文就打了个新温标“K”,绝对零度记作0K。后来确定精确的绝对零度应该是-273.15℃。

19世纪,科学研究中产生一个需要:把气体变成液体。科学家发现,用加大压力和降低温度的办法,可以把气体变成液体。

科学家首先把氨气变成了液体,并于1835年获得了-110℃的低温,使很多气体冷却为液体,取得了初步的胜利。科学家开始制造冷,希望制造出越来越冷的温度,向绝对零度进军。进军的过程并不顺利,有些大家熟悉的气体,氧、氢、氮很难对付,无论施加多么大的压力也还是气体,不液化。有人甚至怀疑,氧、氢、氮等等气体无法液化,是“永久气体”。

到了1869年,爱尔兰的安德鲁斯发现,“永久气体”不永久,每种气体都有个临界温度,高于这个温度,无论加多大的压力,气体也不液化。工作的目标应该是改进制冷技术,获得更低的温度。

经过几十年的努力,氧、氮、氢都被液化了。液化的临界温度都很低,氧气为-118.8℃,而氮气则必须降到-147.16℃,氢气必须降到-253℃。

在制造冷的过程中,有两位科学家值得说一下,一位是英国科学家杜瓦,为了保存液化气,他发明了杜瓦瓶。杜瓦瓶用夹层玻璃制成,夹层之间是真空,玻璃上涂了水银,装着液化空气可以保存很长的时间。杜瓦瓶的作用是阻止瓶外的热进入瓶内,后来人们把杜瓦瓶改装成保温瓶。

另一位值得称赞的科学家是荷兰物理学家卡麦林·昂内斯。他对低温抱有浓厚的兴趣,在莱顿大学建立了一个低温实验室,设计了一套精巧的装置,终于把世界上最顽固的气体-氦变成了液体。这时,他已制造出逼近绝对零度的温度,仅比绝对零度高4.2℃。后来,昂内斯又获得了0.7K的低温。

达到超低温以后,出现了两个未曾想到的现象:超导和超流。1911年,昂内斯发现,在超低温的条件下,水银和铅等金属的电阻消失了。从此,开始了对超导现象的研究,吸引着科学家去研究怎么利用超导。

奇怪的现象还不只是超导,还有超流。1938年,卡皮察发现有一种液态氦,能沿着杯壁向上爬,爬到了杯外,这叫超流现象。

超导,超流,这已经够奇异的了,没想到还有一件新奇事。1924年,印度的欧森写了篇文章提出光子水化的理论,爱因斯坦看了以后,同意他的看法,并且把文章翻译成德文。光既是光波,又是粒子-光子。欧森说的光子水化,是说光子可以转化成水。

爱因斯坦认为光子水化是对的,应用到原子上,会产生一个新理论:很多原子即使没有相互吸引的作用,彼此也会相互连接起来。很多人不相信,大家认为,气体为什么会变液体那是因为气体的分子在相互吸引,吸引力太大了,就连接成了液体。而爱因斯坦说,没有吸引,气体也可以变液体。

这个说法可靠吗,能变成现实吗?

欧森—爱因斯坦说,要实现这个理论,要求接近绝对零度的低温,需要达到一亿分之一K(0.00000001K)。

问题又回到了制造超低温上来,越是接近绝对零度,越发困难。随着技术进步,又得到了越来越低的温度。

1933年,达到0.25K;1957年,达到0.00002K;1995年,通过一系列巧妙的方法,已经可以达到0.00000001K(一亿分之一)。

这时,人们已在期待光子水化现象出现,会不会出现,目前还不知道。

我们相信会出现,那么出现以后会带来哪些应用?不知道!

我们只能说,一定会有很多很大的用处。

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