荒古光剑怎么获得:绝对零度为什么是定值?

当初绝对零度是根据理想气体方程来定义的. 按这方程,理想气体的体积在摄氏-273.15度时会变成零. 当然这个世界是没有理想气体的.

经典物理学把绝对零度视为一系统中所有原子分子都停止任何活动的温度.

但是量子物理的不确定原理告诉我们没有东西是可以完全不动的. 现在都把绝对零度定义为一系统中所有原子分子都处于基态的温度.

绝对零度 绝对零度表示那样一种温度，在此温度下，构成物质的所有分子和原子均停止运动。所谓运动，系指所有空间、机械、分子以及振动等运动．还包括某些形式的电子运动，然而它并不包括量子力学概念中的“零点运动”。除非瓦解运动粒子的集聚系统，否则就不能停止这种运动。从这一定义的性质来看，绝对零度是不可能在任何实验中达到的，但已达到绝对零度以上百万分之一度内的低温。所有这些在物质内部发生的分子和原子运动统称为“热运动”，这些运动是肉眼看不见的，但是我们会看到，它们决定了物质的大部分与温度有关的性质。 正如一条直线仅由两点连成的一样，一种温标是由两个固定的且可重复的温度来定义的。最初，在一标准大气压(760毫米水银柱，或760托)时，摄氏温标是定冰之熔点为0℃和水之沸点为100℃，绝对温标是定绝对零度为oK和冰之熔点为273K，这样，就等于有三个固定点而导致温度的不一致，因为科学家希望这两种温标的度数大小朝等，所以，每当进行关于这三点的相互关系的准确实验时，总是将其中一点的数值改变达百分之一度。 现在，除了绝对零度外，仅有一固定点获得国际承认，那就是水的“三相点”。1948年确定为273.16K，即绝对零度以上273．16度。当蒸气压等于一大气压时，水的正常冰点略低，为273．15K(＝o℃＝320°F)，水的正常沸点为373.15K(＝100℃＝212°F)。这些以摄氏温标表示的固定点和其他一些次要的测温参考点(即所谓的国际实用温标)的实际值，以及在实验室中为准确地获得这些值的度量方法，均由国际权度委员会定期公布。

绝对零度 绝对零度表示那样一种温度，在此温度下，构成物质的所有分子和原子均停止运动。所谓运动，系指所有空间、机械、分子以及振动等运动．还包括某些形式的电子运动，然而它并不包括量子力学概念中的“零点运动”。除非瓦解运动粒子的集聚系统，否则就不能停止这种运动。从这一定义的性质来看，绝对零度是不可能在任何实验中达到的，但已达到绝对零度以上百万分之一度内的低温。所有这些在物质内部发生的分子和原子运动统称为“热运动”，这些运动是肉眼看不见的，但是我们会看到，它们决定了物质的大部分与温度有关的性质。 正如一条直线仅由两点连成的一样，一种温标是由两个固定的且可重复的温度来定义的。最初，在一标准大气压(760毫米水银柱，或760托)时，摄氏温标是定冰之熔点为0℃和水之沸点为100℃，绝对温标是定绝对零度为oK和冰之熔点为273K，这样，就等于有三个固定点而导致温度的不一致，因为科学家希望这两种温标的度数大小朝等，所以，每当进行关于这三点的相互关系的准确实验时，总是将其中一点的数值改变达百分之一度。 现在，除了绝对零度外，仅有一固定点获得国际承认，那就是水的“三相点”。1948年确定为273.16K，即绝对零度以上273．16度。当蒸气压等于一大气压时，水的正常冰点略低，为273．15K(＝o℃＝320°F)，水的正常沸点为373.15K(＝100℃＝212°F)。这些以摄氏温标表示的固定点和其他一些次要的测温参考点(即所谓的国际实用温标)的实际值，以及在实验室中为准确地获得这些值的度量方法，均由国际权度委员会定期公布。

“绝对零度”中“绝对”的涵义

计量上的零点有时是可以任意选取的，例如，经度零度是任意确
定的。温度的零点也是一样。在摄氏温标中，将冰的熔点取作零碎度；
而在华氏温标中，零碎度则处于冰的熔点以下。这两种温标中，温度
都可以低于零度。将近18世纪末的时候，人们开始觉得热是无尽头的，
但冷似乎是有极限的。既然冷有尽头，那么，这个尽头就是一种不可
超越的“零度”，于是，开尔文引进了开氏温标。开氏温标中的零度
是不可超越的，因而叫做“绝对零度”。这是“绝对”二字的一种物
理涵义。
1787年，法国物理学家查理发现，理想气体每冷却1摄氏度，其
体积就缩小它处于0℃时体积的1/273，这就是著名的查理定律。如
果理想气体被冷却的过程一直继续下去，那么它的温度降到-273℃时，
气体的体积岂非缩小到“零”了？在物理上，体积为零意味着气体完
全消失了，这当然是不会发生的。这是“绝对”的第二种涵义。实际
情况是，当气体冷却到一定温度后它总是先变为液体，然后又在更低
的温度下变为固体。
英国物理学家开尔文把温度作为物质分子运动速度的一种表述方
式，物质越冷其分子运动就越慢，分子运动中最最慢的就是完全不运
的分子，因此也不会有比它更低的温度。于是-273℃这个温度便是
一种真正的零度。这就是绝对零度“绝对”的第三层涵义。

绝对零度是一个「理论值」，而非一个实际已经观测到或达到的温度，也就是说，它是一个科学家根据实验所间接「推论」出来的数值；而到目前为止，以人类的科学技术，还达不到这样的低温。

物质的分子无时无刻不在剧烈地运动，也正是因为分子运动的结果，而使得温度上升，因此被称之为「热运动」；相对地，如果把温度不断地降低，就会使得分子的热运动愈来愈慢、愈来愈慢；那究竟要到什麼时候，物质分子才会完全静止不动呢？

绝对零度（也就是大约摄-273.15℃）正是科学家们推导出来的答案；它代表著在此温度之下，物质分子不再具有任何能量来进行热运动，也就是一切的分子都会停止活动。但后来的科学家发现，即使在绝对零度的低温下，分子运动却可能不会完全静止，不过，这已是量子力学的艰深范畴了！

冷冻后的原子温度到底是多少度，方法之一是先把雷射关掉。在朱棣文最初的实验里，原子冷冻后会在这个状态下维持约0.1毫秒(1ms =10-3 s)，随后原子就在无动力的情况下离开观测区继续飞行。测量这个只受重力下飞行一段固定距离所需的时间，可以大约估计原子的温度。朱棣文量得的温度大约是 240μK，这大约等於钠原子速度为 30 cm/s的温度，跟理论上计算的都卜勒极限差不多，用都卜勒冷冻最低就只能达到这个温度了。

其他量测温度的方法还有很多，例如，让原子在重力场中落下，然后利用雷射测量它下落的曲线。 1988 年菲利普斯发现，如果把雷射频率调得比都卜勒冷冻极限理论所预测的最佳频率还低时，原子的温度竟然可以达到 40μK。比理论预测的都卜勒极限还低了六倍！ 为了确定实验的正确性，菲利普斯自己就用了四种方法测量。当初有人怀疑是不是因为他用的雷射太强，以致於都卜勒冷冻的理论不适用了？不久朱棣文与柯恩唐努吉也做了更仔细的测量，确认了他的发现无误：与雷射强度无关。原来朱棣文当初测量温度所用的方法并不太准，测量的结果会受体积及原子在其内的分布影响。马上达利巴德、柯恩唐努吉还有朱棣文就找出了理论解释
现在我们知道，是因为得到这个极限所用的模型太过简单了：原来的理论只假设了简单的两个能阶，但是真正的钠原子基态能阶却还分很多的日曼次能阶(Zeeman sub-level)，这些次能阶在没有外场时是分不出来的。雷射光会使原子在这些次能阶间转换，至於哪个能阶有多少原子，就要看雷射光的偏极化方向，不同偏极化的光会造成不同的分布。事实上原子能阶高低受雷射光偏极化方向的影响，也会改变，而且对各个日曼次能阶的改变量又不同。在光糖浆里，雷射光的偏极化方向不断的在变化，因此无论是每个能阶的位置或者在该能阶的原子数目，都随著雷射的偏极化方向一直在改变。另外还有一种称为偏极梯度冷冻效应 (polarization gradient colling effect) 的机制，在这个偏极化方向不断改变的环境中，也是导致如此低温的重要原因。这对静止的原子没有影响，因为各方面的改变平均说起来是零，但是运动中的原子由於对称性受到破坏就会受力。菲利普斯发现低温就是其中一个称为「薛西佛斯冷却」(Sisphus cooling) 机制的特例。（如下图）

薛西佛斯冷却:

这种冷却机制所以称为薛西佛斯冷却，是因为这有点像希腊神话中狡猾的国王薛西佛斯被罚在地狱里不断把石头推到山顶再滚下来一样。在这里原子跑到位能势的顶端后，又被雷射光推下来。原子损失动能就好像石头被推上山。

中央研究院物理所的低温物理实验室由陈洋元博士於1989年建立，至今已有十四年的历史。

由於很多的物理现象常被晶格振动能量（亦即声能）所掩盖，故唯有降低温度方能 从事多样尖端之研究，这也是诺贝尔物理奖有很多由低温物理研究人员得到的缘故。

本实验室之低温实验仪器设备多由国内自行研发完成，因此较易於从事自行设 计之尖端研究上。本实验室目前所能达到之最低温在50mK左右，可说是大部分时间都保持在全国最低温的一个地方。