关于“绝对零度”

Question

绝对零度为什么是-273.15（我的意思是这是怎么确定的，最好写出理论依据与实验依据）？人工降温不能达到绝对零度是依据是什么（也要理论依据与实验依据）？
最好详细些。
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Answer 1

为什么不能达到绝对零度

1848年，英国科学家威廉·汽姆逊·开尔文勋爵（1824～1907）建立了一种新的温度标度，称为绝对温标，它的量度单位称为开尔文（K）。这种标度的分度距离同摄氏温标的分度距离相同。它的零度即可能的最低温度，相当于摄氏零下273度（精确数为-273.15℃），称为绝对零度。因此，要算出绝对温度只需在摄氏温度上再加273即可。那时，人们认为温度永远不会接近于0K，但今天，科学家却已经非常接近这一极限了。

物体的温度实际上就是原子在物体内部的运动。当我们感到一个物体比较热的时候，就意味着它的原子在快速运动：当我们感到一个物体比较冷的时候，则意味着其内部的原子运动速度较慢。我们的身体是通过热或冷来感觉这种运动的，而物理学家则是绝对温标或称开尔文温标来测量温度的。

按照这种温标测量温度，绝对温度零度（0K）相当于摄氏零下273.15度（-273.15℃）被称为“绝对零度”，是自然界中可能的最低温度。在绝对零度下，原子的运动完全停止了，并且从理论上讲，气体的体积应当是零。由此，人们就会明白为什么温度不可能降到这个标度之下，为什么事实上甚至也不可能达到这个标度，而只能接近它。

自然界最冷的地方不是冬季的南极，而是在星际空间的深处，那里的温度是绝对温度3度（3K），即只比绝对零度高3度。

这个“热度”（因为实际上我们谈到的温度总是在绝对零度之上）是作为宇宙起源的大爆炸留存至今的热度，事实上，这是证明大爆炸理论最显著有效的证据之一。

在实验室中人们可以做得更好，能进一步地接近于绝对零度，从上个世纪开始，人们就已经制成了能达到3K的制冷系统，并且在10多年前，在实验室里达到的最低温度已是绝对零度之上1／4度了，后来在1995年，科罗拉多大学和美国国家标准研究所的两位物理学家爱里克·科内尔和卡尔威曼成功地使一些铷原子达到了令人难以置信的温度，即达到了绝对零度之上的十亿分之二十度（2×10-8K）。他们利用激光束和“磁陷阱”系统使原子的运动变慢，我们由此可以看到，热度实际上就是物质的原子运动。非常低的温度是可以达不到的，而且还要以寻求“阻止”每一单个原子运动，就像打台球一样，要使一个球停住就要用另一个球去打它。弄明白这个道理，只要想一想下面这个事实就够了。在常温下，气体的原子以每小时1600公里的速度运动着，而在3K的温度下则是以每小时1米的速度运动着，而在20nK（2×10-8K）的情况下，原子运动的速度就慢得难以测量了。在20nK下还可以发现物质呈现的新状态，这在70年前就被爱因斯坦和印度物理学家玻色（1894～1974）预见了。

事实上，在这样的非常温度下，物质呈现的既不是液体状态，也不是固体状态，更不是气体状态，而是聚集成唯一的“超原子”，它表现为一个单一的实体。

Answer 2

1、绝对零度为什么是-273.15℃？
答：早在1787年，法国物理学家查理发现，理想气体每冷却1℃，其体积就缩小它处于0℃时体积的1/273，这就是查理定律。
于是人们猜想：如果温度降低到零下273℃，气体的体积岂不就是0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。
这也就是“绝对”温度的来历。
开尔文在进行热力学研究时发现：T=1/(dS/dE)，这就是现代温度的定义。
它的物理意义是：温度实际上是对“物体内部构成物质的分子或原子运动平均动能大小”的反映。分子或原子运动愈快，物体愈热，即温度愈高；分子或原子运动愈慢，物体愈冷，即温度愈低。
根据上面的说明，我们就知道：当物体内部的分子或原子运动为0时，物体的温度就是理论最低温度。人们定义这一点是绝对的0度。即0K。
在这之前，人们已经定义了水的沸点是100℃，冰的熔点是0℃，为了使绝对温度和摄氏温度之间的转换比较简单，人们将绝对温度的分划设定的与摄氏温度一样，即冰的熔点到水的沸点之间相差100。由于查理定律的存在，人们定义冰的熔点为为273K。
于是就有了三个固定点：绝对零度（0K）、冰的熔点（273K=0℃）、水的沸点（100℃）。
由此一来，就有了三个固定点而导致温度的不一致。因为科学家希望绝对温度和摄氏温度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273.16K。当蒸气压等于一大气压时，水的正常冰点略低，为273.15K。
以上就是0K=-273.15℃的来历。

2、人工降温不能达到绝对零度是依据是什么？
答：上面已经说了：绝对0度，意味着气体体积为0，或者分子/原子的运动为0。
所谓运动，是指所有空间、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0度是不可能在任何实验中达到的。

多少年来，科学家们一直致力于在实验室条件下获得低温。
1926年，科学家们得到了0.71K的低温；
1933年，又得到了0.27K的低温；
1957年，更是创造了0.00002K的超低温记录。
截至目前，科学家们甚至已经得到了1/30000000K(即3.3333×10^(-8)K)的低温。
尽管科学家们费尽心思，仍不可能得到绝对零度。

Answer 3

简单来说，物体的全部分子热运动速度为零时，该物体处于所谓“绝对零度”，即热力学温度0K。摄氏温度是以水的熔沸点来确定的，也就是说，水的熔点是273.15K，所以用摄氏温度来说，绝对零度就是-273.15度了。绝对零度的存在是由理论上定义的。

人工不能达到绝对零度的原因是，使物理降温需使其向另一物体传热或对外界做功，降温需温度更低的物体，所以无法使物理达到绝对零度，而对外界做功，在物体分子运动速度趋于零的条件下，其对外界做功的能力无穷小，所以也不能达到绝对零度。就是说，分子的热运动是不可能停止的。绝对零度无法达到是理论推导出来的结果。

Answer 4

绝对零度是根据理想气体所遵循的规律，用外推的方法得到的。用这样的方法，当温度降低到-273.15℃时，气体的体积将减小到零。如果从分子运动论的观点出发，理想气体分子的平均平动动能由温度T确定，那么也可以把绝对零度说成是“理想气体分子停止运动时的温度”。以上两种说法都只是一种理想的推理。事实上一切实际气体在温度接近-273.15℃时，将表现出明显的量子特性，这时气体早已变成液态或固态。总之，气体分子的运动已不再遵循经典物理的热力学统计规律。通过大量实验以及经过量子力学修正后的理论导出，在接近绝对零度的地方，分子的动能趋于一个固定值，这个极值被叫做零点能量。这说明绝对零度时，分子的能量并不为零，而是具有一个很小的数值。原因是，全部粒子都处于能量可能有的最低的状态，也就是全部粒子都处于基态。

参考资料：http://baike.baidu.com/view/23658.htm

Answer 5

绝对零度是宇宙的温度下限，就是说，宇宙最低温度

不能人工达到的原因是因为，降温需要有吸热原，就是有温度更低的物体

因为绝对零度是宇宙最低温度，没有更低的温度了，所以，人工降温只能接近它，而不能达到它