在物理方面,为什说绝对零度是-273°?

2025-06-26 02:23:57
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回答1:

物理学中的许多常数似乎是任意建立的。摄氏温度标度确定水温在0到100摄氏度之间沸腾。在找到绝对零之前,这一直是一个方便的温度标度。此后,对于科学家而言,更方便的温度标度是将绝对零值定义为0开尔文,并以1摄氏度为增量定义1摄氏度的增量。那么这个数字有什么特别之处呢?在新的温度范围内,水在273.15开氏温度下冻结。开尔文温度标度仍然是历史折衷方案。

更合适的标准可以以使能量E=KT和KT=1焦耳的玻尔兹曼常数K=1的方式建立温度T。这种现象通常不会发生,因为连米和秒都是任意设定的。-273.15摄氏度或0开氏温度称为绝对零度,这可能是宇宙中已知的最低温度。在此温度下有几个特征:根据查理定律,我们知道理想气体的压力与温度成正比。绝对为零时,压力为零,这意味着气体可以无限期压缩。所有分子和原子动能均为零。固体分子停止振动,其行为像一个称为玻色-爱因斯坦凝聚物的巨型原子。该温度只能从理论上达到,因为它似乎违反了能量守恒定律。

简而言之,如果我们达到这个温度并能够维持该温度,并且避免了光引起的温度升高,那么所有有关原子和量子力学的问题都将找到答案。这个数字的唯一“特殊”是它是将摄氏温度标度向下扩展直到所有原子/分子不再“运动”(“绝对零”)的结果。当Anders Delsius首次提出其温度标度时,水沸点为100度,水冻结为0度。幸运的是,这种情况得到了扭转(1744年,在英仙座去世后,由卡尔·冯·林奈夫斯进行了调整)。

这两点的选择是有哲学依据的,因为当环境温度接近这两极时,地球的居住环境似乎是最好的,但是这种选择也是任意的。沃伦·海特(Warren Hite)还任意选择了莱奥米尔(Leomir)两个点(以及其他几个点,请参见温度单位的转换)。 1开尔文等于1摄氏度,0摄氏度被认为是凝固点,但是在这一点上,系统还提供了相当大的能量。这就是为什么我们使用低于零的摄氏温度来表示分子水平的原因。当此曲线扩展到0时,温度为-273.15摄氏度,即0开氏温度。因为0是最低的能量点,所以没有系统可以拥有能量,因此开尔文标度上没有负温度,也称为绝对温度标度。根据热力学第二定律,不能通过传热获得0开尔文点。