为什么宇宙最低温度是-273度左右?为什么不是-300度?

其实宇宙中的最低温度被我们叫做绝对零度,这个绝对零度的数值是:-273.15℃。可能你要问了,为什么不是零下300度,或者其他的一些数值,非得是精确的-273.15℃?

热力学

这里就涉及到热和温度的概念了。牛顿建立了近代物理学大厦后,很多学者也想照葫芦画瓢去研究各种物理学现象,而我们也都清楚,日常生活中最常见到的物理学现象莫过于声、光、电、力、热。

而关于“热”的相关研究很早就开始进行了。当时很多人就在思考“热”到底是什么?

最早,有一些人认为“热”其实是一种物质,叫做热质。(实际上,在热质说之前,还存在燃素数,只不过燃素说被化学家拉瓦锡推翻了。)

那热质说又说的是什么呢?这个理论认为:

热质其实是一种无色无味没有质量的气体,物体吸收了热质之后,温度就会升高。而热质还有一个属性,那就是会从高温的物体自发地流向低温的物体。

当然,我们现在也知道,这种观点是有问题的。不过,热质说实实在在统治了学界超过百年的时间,那些我们很熟悉的初中化学书上的常客,道尔顿,普利斯特利都是这个理论的支持者。

如果热质说是不对的,那“热”到底是什么呢?

实际上,这个问题经过科学家长时间的思考后,他们提出了这样一种观点:

热是一种运动。

这是一个叫做伦福德的学者提出来的,也被叫做热动说。这个“热动说”后来逐渐演变成“热力学”。而热力学也就是如今解释“热现象”的主流假说。

这个理论对于热的解释是这样的,这里要涉及到一个温度的概念,温度实际上是分子的热运动的剧烈程度。

很多事物都存在着温度差,这个温度差的存在会导致能量的转化,这过程就存在了热传递或者热交换。也就是热量从一个高温物体向低温物体的流量。所以,说白了,热(量)是一种能量,类似于机械能,动能。

而温度高和温度低的物体的差别在于,分子热运动的剧烈程度。温度越高,分子的平均动能就越高,温度越低,平均动能量就越低。

绝对零度

所以,你一定自然而然想到既然是温度越低,分子的平均动能越低,也就意味着分子整体动的慢,那有没有可能存在一种情况,那就是分子基本上不动了,这时候所对应的温度是不是就是最低温度。

其一些学者一开始也是这么想的,并且通过这样方式去寻找最低温度的数值,于是,他们得到最低的温度是-273.15℃,于是,这个温度也就被成为绝对零度。这是一个理论值,实际上,人类还没有发现过绝对零度的物体。很多人会想到太空,实际上,我们仔细想一想,太空是很空旷,几乎接近于真空,因此,太空中的分子数是极其少的,这就导致这个温度是很难显现出来的。其次,由于宇宙微波背景辐射的存在(也就是宇宙大爆炸时留下的余热),目前宇宙整体上存在一个2.7K的背景辐射,也就是说,即使太空是有温度的,那也是2.7K,也就是-270.45℃,而不是绝对零度。

量子力学

但是,这里还有个误区,很多人认为,绝对零度是指分子就完全静止不动了。实际上,并非如此,按照目前的理论,分子并不是不动了,而是在原地振动。那究竟这是为什么呢?

是这样的,量子力学理论中有个测不准原理,是由海森堡提出的。

这个理论告诉我们,我们不可能同时测准微观粒子的位置和动量。

如果分子静止在一个位置上,那我们就可以同时得到这个分子的位置和动量,那就违反了这个测不准原理。而测不准原理在实验和检验当中,已经被证明是十分可靠的理论了。因此,目前主流的观点认为,在绝对零度时,分子还是保持振动状态的,而非完全静止的。