绝对零度可以用理想气体理论推导出来。根据盖-吕萨克定律,压强恒定时,降低温度,气体的体积会压缩,并且这种变化是线性的。测量一段温度范围内体积随温度变化的规律,并延长到体积为零的位置,此时的温度值就是最早对绝对零度的定义。更先进的定义要用到关于热机循环的知识,这里就不细说了。物理学中常用单位K(开尔文)计量温度,绝对零度为0K,0℃为273.15K。
目前尚没有方法可以实验上准确测出绝对零度的值。绝对零度是一个理论上的极限值,在接近绝对零度时,很多性质都会发生变化。比如,根据盖-吕萨克定律,保持恒定压强,降温至绝对零度,气体的体积会降为零。实际上这是不现实的,绝对零度附近,盖-吕萨克定律不再准确。再比如,开尔文认为绝对零度下粒子的能量为零(这其实也是如今很多人的认识),但这后来也被推翻。在接近绝对零度时,玻色子会全部占据最低能级形成“玻色-爱因斯坦凝聚”,而费米子会占据“费米能级”以下所有量子态,总之它们的能量都不为零。极低温下还有超导、超流等很多新奇的物态,这些都不能用经典物理的知识理解。
有很多种降温的方法可以接近绝对零度。凝聚态物理中,使用“稀释制冷机”等手段可以降温到mK(0.001K)的水平。专门研究极低温物理的冷原子物理中,使用激光、磁场等辅助,可以实现nK(0.000000001K)量级的温度。我在最后附上一张冷原子领域的经典图片,这是170nK温度下铷原子的玻色-爱因斯坦凝聚,该发现获得了2001年的诺贝尔物理学奖。想要深入了解这一问题,欢迎学习热力学和统计物理的相关知识。
玻色-爱因斯坦凝聚发生时的粒子速度分布图 左图:发生前;中图:发生后;右图:继续降温后
回答: 老张
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