正文
总的来说——
无论上限的普朗克温度(T=1.4X10^32K),还是下限的绝对零度,其实人类都是不能真正达到的。
即便人类距离绝对零度如此之近,也是只能无接近而不能真正达到。
绝大部分物质的固液气三种相态的温度,都在数千度以下,高于数千度,就会等离子化。
而人类赖以生存的水,三相点温度仅仅只有 273.16K 。
这就决定了,人类的认知,主要就局限在这个温度区间。
而这个温度区间,相对于整个宇宙温度 10^32K 的变化区间来说,实在是太过于「低温」了。
任何空间必然存有能量和热量,并不断进行相互转换,守恒且不消失。
所以真正的绝对零度是不存在的,除非该空间自始即无任何能量热量。
在此一空间,所有物质完全没有粒子振动,其总体积并且为零。
虽然绝对零度无法达到,但却可以无限逼近,那么逼近绝对零度会发生什么呢?逼近绝对零度的量子最低点是如何的状态呢?
有关物质接近绝对零度时的行为,可初步观察热德布罗意波长。定义如下:
其中 h 为普朗克常数、m 为粒子的质量、 v 为速度。
分子动能与热力学温度成正比,温度越低,粒子物质波的波长越长,粒子与粒子之间的物质波有很大的重叠,因此量子力学的效应就会变得很明显。
爱因斯坦推测将玻色子冷却到非常低的温度后它们会「落入」(「凝聚」)到能量最低的可能量子态中,导致一种全新的相态,是为玻色–爱因斯坦凝聚(Bose–Einstein condensate)。
玻色–爱因斯坦凝聚是玻色子原子在冷却到接近绝对零度所呈现出的一种超流性的物质状态(物态)。
1995 年,麻省理工学院的沃夫冈·凯特利与科罗拉多大学鲍尔德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼使用气态的铷原子在 170 nK( 1.7×10 − 7 K)的低温下首次获得了玻色-爱因斯坦凝聚。在这种状态下,几乎全部原子都聚集到能量最低的量子态,形成一个宏观的量子状态。
所以,所有原子的量子态都束聚于一个单一的量子态的状态被称为玻色凝聚或玻色-爱因斯坦凝聚。
1938 年,彼得·卡皮查、约翰·艾伦和唐·麦色纳(Don Misener)发现氦 -4 在降温到 2.2 K 时会成为一种叫做超流体的新的液体状态。超流的氦有许多非常不寻常的特征,比如它的黏度为零,其漩涡是量子化的,很快人们就认识到超液体的原因是玻色-爱因斯坦凝聚。
当量子液体温度低于某临界转变温度会变为超流体。
超流体是一种物质状态,特点是完全缺乏黏性。如果将超流体放置于环状的容器中,由于没有摩擦力,它可以永无止境地流动。它能以零阻力通过微管,甚至能从碗中向上「滴」出而逃逸。
利用玻色-爱因斯坦凝聚的超流体,可以制造液态光。
一般来说凝聚的折射系数是非常小的因为它的密度比平常的固体要小得多。