绝对零度有多强，把光“冻”住后变成液体

地球上的极寒点——南极洲的沃斯托克站，监测到的最低温零下89.2摄氏度，这对于人类来说已经是能让血液瞬间冻硬的低温了。

不过自然极低温之外，还有一个绝对零度的概念。在2017年的时候，《自然》上曾发表过一篇研究论文，说是只要能达到绝对零度的状态，自然光甚至能被“冻”住，它甚至能变成液体，可以直接倒在杯子里。

越说似乎越离谱了，那么这种极致低温究竟是什么概念？在现实中会出现这种状态吗？

什么是绝对零度？

要解释绝对零度，首先我们就要去理解温度是什么。可能有人会觉得，温度还需要解释吗，它不就是每天每时每刻的冷热变化嘛。

大众对温度其实只是一种直观上的感知，它就像空气一样，在很大程度上除了增减衣物之外，我们多数人对它的存在基本是无意识的。

然而，在物理学领域，温度是冷热程度的具体量化。人类的眼睛只能看到温度发生变化后，外部世界产生的直观改变，比如高温下的植物枯萎，寒冷状态下的结冰现象等。但是，肉眼看到的变化都不是微观层面的。

在微观层面上，之所以温度有高有低，是因为构成物质世界的分子一直在进行着热运动。这可以简单的理解为，一堆玻璃球不停的在进行着不规律的运动，期间不断发生碰撞摩擦。正是微观世界永不停息的热运动，才产生了宏观层面的温度变化。

从这个意义上来理解，热运动的不同变化，构成了温度上的数值变化。而常规意义上的零度或者正常范围内的零下多少度，在微观世界里的热运动并没有停止。

于是乎人们就想到了一层面，假如微观世界的热运动真的停止了，温度不就达到了绝对意义上的最低值了嘛。顺着这个思路，绝对零度的概念就出现了。

那么，它换算成常规温度的具体数值是什么呢？自从有了这个概念以来，科学界的争论持续了一百多年。

起初的计算有的高一点，有的低一点，究竟哪个是准确的，这在科学界成了讨论的焦点。

由水的沸点发现温度和气体压力之间的变化，是物理学家阿蒙通，该变化中温度和气体压力成正比。阿蒙通认为压力的下降有极限，温度的下降同样也有极限，根据这一点他后来推算出，温度的极低限值为零下246摄氏度。

这一数值处于理论状态，究竟是对还是错，当时的科学界都不清楚。到了1787年，又一个法国的物理学家查理在实验中发现，气体的体积一旦处于恒定状态，温度每降低一度，气压就会降低它在零度的1/273。

正是在查理发现的定律之上，此后的英国物理学家开尔文得出了另外一个数值。开尔文认为，随着温度的下降，物体内的分子运动也在降低，当温度下降到零下273.16摄氏度时，分子运动就会完全停止。随后，开尔文就将这个数值定义为了绝对零度。

这便是绝对零度的由来，目前这个数值虽然没有发生过改动，但自从开尔文公布之后，各种争议就从来没有中断过。

更为关键的是，由于在自然环境中，不存在绝对零度的状态，实验室里也没办法模拟出相关的环境，因此长期以来，围绕绝对零度的争论，大都停留在理论层面。

如此一来，满嘴跑火车的情况也就见怪不怪了。

就比如，绝对零度能把光“冻”住

既然要把光冻住，首先又得去理解光是什么。在自然界，从动物包括人类在内的角度看，光是所有动物的知觉。在物理学的概念中，光既是一种电磁波，也是一种粒子。

眼睛能感受到的光，是电磁波谱上的一段，它的波长在400到700纳米之间。从粒子的角度看，光是由光子的基本粒子，形成的一种粒子流。

这种“流”，可以简单理解为字面上的流动状态，既然会动，说明光同样存在热运动。如此一来，把光冻住的说法，不管是在理论上还是能模拟出的环境中就都是矛盾的。

因为在绝对零度的概念中，热运动不再存在，分子运动处于字面意义上的静止状态。在这种环境里，所有的能量和运动都消失了。但是光作为一种粒子流，本身就存在着热运动。

这样一来，光和绝对零度的环境相遇，光在接下来究竟是变还是不变呢？

如果它会变化，按照绝对零度的概念，所有的热运动都会停止，那么光的变化，不就和绝对零度的概念发生冲突了吗。

如果它不会发生变化，光原本就是粒子流动产生的一种热运动，自身就不是静止的，这样一来，绝对零度的概念，又该如何去解释光还能运动的特性呢？

所以，按照现有的理论去解释，这不是绝对零度能不能冻住光的问题，而是这个概念本身就存在问题，自始至终这个概念就是自相矛盾。

因为热运动本身真的发生静止，在宏观层面的物质就会发生某种变化，一旦出现了这种变化，微观世界的热运动不就等于又开始了吗。也因此，绝对零度这个概念，本身就难以实现逻辑自洽。

至于有的研究说，绝对零度的状态下，将光“冻”住后它会变成液体，那么这种理论只有两种可能。要么就是这个研究本身是错误的。要么就是这种现象能够在理论上实现，这样一来，绝对零度的概念就错了。

据说，目前宇宙中最冷的地方是半人马座的一处星云，欧洲空间局的监测数据显示，该处地方的平均温度达到了零下272摄氏度。这个温度倒是接近了绝对零度的概念，那么这里的热运动当真就快要达到静止状态了？恐怕没人知道。

无限接近的不可能

回到绝对零度这个概念上来，以物质在微观世界的运动与否作为节点，不管是理论层面还是现实层面，要想让环境达到绝对零度的状态，在让温度下降的过程中，其本身也会产生热运动。

虽然这种热运动产生的能量在持续下降，但是它却不会消失。看似在无限接近，然而即便消耗的能量再低，也达不到一个极限值。

2021年，德国的科学家曾经做过一项低温实验。科研人员先从模拟的真空环境里，捕获了一组原子云。这组云由10万个气态的铷原子组成。

按照绝对零度的概念，达到零下273.16摄氏度的数值后，热运动就会停止。科研人员起初能模拟出来的温度，是绝对零度数值上的二十亿分之一。

此后，他们又把相关的实验设备带到了不来梅大学的微重力研究中心。接着，科研人员让真空室从120米的高空下落，在几乎同时开关磁场的过程中，铷原子的运动近乎于静止。

（我国的微重力实验室）

一旦运动不存在，就意味着物质所处的环境达到了绝对零度状态。而在实验中，铷原子的运动虽然在减慢，但是并没有达到零的状态。而在实验中测到的温度，只比绝对零度高出了38万亿分一摄氏度。整个过程持续了大约2秒。

虽然温度已无限接近绝对零度状态，但实际上还是没有达到这种状态。科研人员表示，理论上在太空之中，通过相关的实验，这一接近绝对零度的温度可以维持17秒。

而在现实世界，要挑战这种极限，挑战无限接近的不可能，就又会更量子学产生某种关系。

无限接近绝对零度下的量子共振

NASA有一个冷原子实验室，据说有科研人员在无限接近绝对零度的低温实验中，亲眼目睹过一个原子能够同时出现在两个地方。而麻省理工学院的相关人员表示，当温度无限接近于绝对零度，确实有助于研制出更好的量子计算机。

类似的观点，国内的科研人员近年来也有相关的研究。

此前在2020年5月，中科院的院士杨学明，和南科大的杨天罡教授，在《科学》期刊上发表过文章，讨论的问题是，在无限接近绝对零度的环境中，原子与分子碰撞产生的量子散射共振情况。

温度越低，分子原子碰撞产生的量子现象就会越明显，低温研究就成为了一个重要的方式。目前在全世界，不少相关的科学家都想做这类研究。甚至有些科研人员，还想在实验中将这个过程给拍下来。

但很显然由于持续的时间太短，这个过程按照目前的相机水平，是很难捕捉的。

在杨学明看来，该领域的类似研究目前在国内已展开很多，未来相关的进展和成果还会有很多。

结语

目前来看，围绕绝对零度的讨论很多，相关的科研活动也存在。但从理论层面来看，有些科研人员依旧认为绝对理论是达不到的。

即便是有科研人员做过相关的求证，所用的方法不少也是基于理论状态下推导出来的。而在现实中，有些理论数值是根本达不到的。

至于相关的实验，大量的数值也只是趋于接近，并不没有真正达到绝对零度的状态。而且有些研究方向，只是基于绝对零度的概念，开创出的是新领域的研究。

而绝对零度，作为概念无论是对是错它都能存在，现实中则是无限趋于接近。从某种意义上来说，它就是达不到的。

参考资料：

《迄今最低温度在实验室测得》 科技日报 2021年10月18日
《中国科学家评述趋近绝对零度的量子共振》 中国科学报 2020年5月10日
《关于绝对零度的几点思考》 河南科技 2018年10月
《达不到的绝对零度》 新华网 2021年11月19日

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