绝对温度

不可能比这更冷了

郭世琮

1848年，英国科学家威廉·汽姆逊·开尔文勋爵（1824～1907）建立了一种新的温度标度，称为绝对温标，它的量度单位称为开尔文（K）。这种标度的分度距离同摄氏温标的分度距离相同。它的零度即可能的最低温度，相当于摄氏零下273度（精确数为-273.15℃），称为绝对零度。因此，要算出绝对温度只需在摄氏温度上再加273即可。那时，人们认为温度永远不会接近于0K，但今天，科学家却已经非常接近这一极限了。

物体的温度实际上就是原子在物体内部的运动。当我们感到一个物体比较热的时候，就意味着它的原子在快速动动：当我们感到一个物体比较冷的时候，则意味着其内部的原子运动速度较慢。我们的身体是通过热或冷来感觉这种运动的，而物理学家则是绝对温标或称开尔文温标来测量温度的。

按照这种温标测量温度，绝对温度零度（0K）相当于摄氏零下273.15度（-273.15℃）被称为“绝对零度”，是自然界中可能的最低温度。在绝对零度下，原子的运动完全停止了，并且从理论上讲，气体的体积应当是零。由此，人们就会明白为什么温度不可能降到这个标度之下，为什么事实上甚至也不可能达到这个标度，而只能接近它。

自然界最冷的地方不是冬季的南极，而是在星际空间的深处，那里的温度是绝对温度3度（3K），即只比绝对零度高3度。

这个“热度”因为实际上我们谈到的温度总是在绝对零度之上）是作为宇宙起源的大爆炸留存至今的热度，事实上，这是证明大爆炸理论最显著有效的证据之一。

在实验室中人们可以做得更好，能进一步地接近于绝对零度，从上个世纪开始，人们就已经制成了能达到3K的制冷系统，并且在10多年前，在实验室里达到的最低温度已是绝对零度之上1／4度了，后来在1995年，科罗拉多大学和美国国家标准研究所的两位物理学家爱里克·科内尔和卡尔威曼成功地使一些铷原子达到了令人难以置信的温度，即达到了绝对零度之上的十亿分之二十度（2×10-8K）。他们利用激光束和“磁陷阱”系统使原子的运动变慢，我们由此可以看到，热度实际上就是物质的原子运动。非常低的温度是可以达不到的，而且还要以寻求“阻止”每一单个原子运动，就像打台球一样，要使一个球停住就要用另一个球去打它。这了弄明白这个道理，只要想一想下面这个事实就够了。在常温下，气体的原子以每小时1600公里的速度运动着，而在3K的温度下则是以每小时1米的速度运动着，而在20nK

（2×10-8K）的情况下，原子运动的速度就慢得难以测量了。在20nK下还可以发现物质呈现的新状态，这在70年前就被爱因斯坦和印度物理学家玻色（1894～1974）预见了。

事实上，在这样的非常温度下，物质呈现的既液体状态，也不是固体状态，更不是气体状态，而是聚集成唯一的“超原子”，它表现为一个单一的实体。

温度的高低用绝对温度表示

英国科学家威廉·汤姆逊·开尔文勋爵是绝对温标的创立者，绝对温标以他的名字命名，称为开氏温标。

越来越接近难以逾越的极限

图中显示的是由电脑模拟的2000个铷原子冷却后的照片，颜色是假想的。冷却的最低温度只有绝对零度上的十亿分之二十度（2×10-8K）。白色部分和蓝色部分是最冷的原子，它的运动实际上停止了。

某些原子喜欢热

气体的原子运动随着温度的升高而加速，随着温度的降低而减速。当温度达到0K

（-273.15℃）时，原子的运动就停止了。因此，不可能有低于0K的温度。

为什么不能低于绝对零度？

在压力不变的情况下（图以砝码表示），如果温度下降，气体的体积就减小，与其0℃时的体积相比，每下降1℃其体积就减小1／273。其结果就是在-273.15℃时，气体的体积应为零，因此273.15℃（0K）就是自然界可能的最低温度了。