|
我们人类啊，对于宇宙，其实就是在摸一只极高极高的大象。 我们是从脚趾头最下方摸起走的，定义我们摸的位置是0m，由于我们距离地面比较近，很容易推算出我们距离地面大约是-273.15m。 由于我们就像生活在大象上的蚂蚁，永远无法离开大象，所以我们也无法真正跨过-273.15m的距离，到达地面上去。 我们往上摸，通常只能摸到几千米的位置，但是我们会甩石头啊（粒子对撞机）。 我们甩石头的最高位置，是甩到10^12（万亿）m的高度。但我们发现，大象还是太高了，实在没有办法，我们只能用自己有限的观察，猜测这个大象最高的高度是1.4X10^32m。 如果这个高度是真的，那么，大象的身高，是我们当前能甩石头最高高度的10^20倍，也即一万亿亿倍。 对于人类来说，这个大象实在是太高了。 所以说啊，我们觉得上方太高，或者下方太矮，仅仅是因为我们生活在大象的脚趾头底下啊。 如果有一种生活在宇宙大爆炸初期的「太初生命」，他们活动的温度是10^30K。 太初生命定义温度为ζ，他们自然而然的会认为10^30K是0ζ，就像我们人类最初定义水三相点温度是0℃一样。 太初生命发现，当物质内部粒子热运动增加时，ζ升高；当物质内部粒子热运动减小时，ζ降低。 他们经过研究发现，宇宙的最高温度仅仅只有100ζ，但最低温度却达到了负的百万亿亿亿ζ. 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，也是只能无限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，可初步观察热德布洛伊波长。定义如下： 其中 h为普朗克常数、m为粒子的质量、 k为玻尔兹曼常数、T为绝对温度。可见热德布洛伊波长与绝对温度的平方根成反比，因此当温度很低的时候，粒子物质波的波长很长，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气态的、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。故而，当达到绝对零度，粒子的物质波会达到无限长度，也就是波动性会消失，所有粒子的特性渐渐变成了一个整体，微观的量子态变成了宏观的量子态。 对于发生在绝对零度的相变现象，称为量子相变，而玻色-爱因斯坦凝聚便是量子相变。 
1938年，彼得·卡皮查、约翰·艾伦和冬·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，它可以永无止尽地流动。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。但使用激光可以改变玻色-爱因斯坦凝聚的原子状态，使它对一定的频率的系数骤增。这样光速在凝聚内的速度就会骤降，甚至降到数米每秒。 自转的玻色-爱因斯坦凝聚可以作为黑洞的模型，入射的光不会逃离。凝聚也可以用来“冻结”光，这样被“冻结”的光在凝聚分解时又会被释放出来。 量子力学的粒子大致分成两类，除了玻色子之外，还有费米子。逼近绝对零度，玻色子会凝聚在一起，而费米子是互相排斥的。 
然而科学家发现了费米子的凝聚态。 费米凝聚（Fermionic condensate）：类似于玻色-爱因斯坦凝聚态，由大量费米子占据同一量子态形成。由于泡利不相容原理，不同的费米子不能占据同一量子态，因此费米子不能像玻色子那样直接形成玻色-爱因斯坦凝聚态。不过科学家把两个费米子结合在一起成为具有玻色子性质的“费米子对”即库柏对，这样使费米子对冷凝，成为费米凝聚。 关于低温记录： 1926年，0.71K，1933年，0.27K，1957年，0.00002K。 2003年09月12日，在实验室内，用光子精准轰击原子，让原子动能接近零，达到了仅仅比绝对零度高0.5nk（0.5*10^-9K）的温度。 布莫让星云是人类目前所知的宇宙之中能够找到的最低温度区域，零下272°。 
至于高温，虽然人类创造了数万亿K的高温，但却只有瞬间的事情，甚至连高温下物质的状态都无法研究。前面已经说了，人类达到的最高温，仅仅只是最高温度的万亿亿分之一，差得太远了。 这个差距，大约就是人类速度和光速的差距吧。 |
|
|
