怎么才能达到绝对零度

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。

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动动：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。这了弄明白这个道理，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。

做试验，根据曲线的反向延长线的变化趋势判断出来的。

通过实验所得图线的反向延长

定义出来的，当物质的温度为绝对0度时，其焓为0。

有两个途径。第一个途径是气体实验定律（查理定律或者盖吕萨克定律）的外推，查理定律的原始表述是：气体温度每降低（升高）1摄氏度，体积就减小（增加）它在0摄氏度时体积的1/273.15。写成表达式就是：

V(t)-V(0)=V(0)(t/273.15)==>V(t)=V(0)*[1+t/273.15]；V(t)和V(0)分别表示气体在t摄氏度和零摄氏度时的体积。

定律的物理意义是：气体体积随着温度的降低而减小（反之亦然），那么当体积减小到不能再减小的地步时，温度是多少？

体积减小的极端情况是V→0(当然不可能等于零，事实上早在此前，气体已经液化或者凝固——不为“气态”了）代入查理定律：此时的温度→-273.15℃.

因此有结论：任何物质的温度不可能低于-273.15摄氏度，或者说，定义为此温度值为绝对零度是低温的下限。

绝对零度的另一个理论依据是，能斯特的热力学第三定律，这个问题比较复杂，中学阶段不涉及，故省略。

绝对零度是利用理想气体实验定律推出来的，利用压强或者体积对摄氏温度作图，再外推至P或者V=0处，得到的就是 绝对零度-273，但是绝对零度以下并不是负体积，在绝对零度处你看到的理想气体状态方程中V=0是不对的，因为那个温度下气体会变成固体，不适用理想气体方程。绝对零度时原子运动出现最小值，能量处于最低的零点能，绝对零度以下的运动状态是原子不能达到的，这才是绝对零度是极限的真正意义。

绝对零度只是理论上可以达到的最低温度。
绝对零度是根据粒子动能推算出来的。物质的温度取决于其内原子、分子等粒子的动能，粒子动能越高，物质温度就越高。
理论上，若粒子动能低到量子力学的最低点时，物质即达到绝对零度，不能再低。
然而，绝对零度永远无法达到，只可无限逼近。因为任何空间必然存有能量和热量，也不断进行相互转换而不消失。所以绝对零度实际上是不存在的，除非该空间从开始就没有任何能量热量。
所以任何事物温度绝不会比-273.15℃（0K）更低了。
绝对零度就是是开氏温标零点。

绝对零度是根据气体实验定律（查理定律或者盖吕萨克定律）的外推，意思就是当文明度达到一定是压强或者体积为0，只是线性外推的应用而已，而且在绝对0度时，运动不会停止，存在某种振动的能量。零点能，

绝对0度是地球上出现过的最低温，不是人力可以创造的环境，物体不会负体积的

一般获得低温是靠气体的液化而获得的,但这种方法很难达到非常低的温度,现在有了一些新方法，例如绝热去磁法。

原理:电磁学中我们知道,顺磁性物质是具有固有磁矩的,但无磁场时,因为无规则热扰动,各分子磁矩的取向杂乱.当我们加一个外磁场时,每个分子的磁矩要转到外磁场方向上,在这个过程中要放热 ,我们把热量传走,就可以使物体的温度降。

一般做法:将已经预冷的物质(高于1K)放入一个容器内,并在它里面充满氦气,然后加上磁场.物质被磁化过程中放出的热量,传给氦气,随后氦气抽走,容器内形成真空,从而使物质与周围热隔绝.最后,撤去磁场,物质自身也要去磁吸热,从而更加降低了自身的温度。
绝热去磁法也分好几种具体做法,主要有:顺磁盐绝热去磁 ,核绝热去磁。

还有一种致冷法叫做坡密朗丘克致冷.在 温度在0.32K以下时,液态3He的熵比固态3He的熵要小,因而加压发生液-固相变时要吸热,从而达到致冷效果.此法由I.Y.坡密朗丘克于1950年提出,1965年实验成功.此法常在稀释致冷机的基础上使用,可达到的极限低温为1毫开.1972年在此低温附近发现了3He的超流新相。

用"绝热去磁法"在超低温领域取得了一系列重要进展:
1933年达到0.25K
1955年达到了10E-3K
1956年达到1E-6K(百万分之一度)
1957年,达到2E-5K(百万分之二度)
1979年达到1E-8K(亿分之一度)
1995年达到2E-9K(五亿分之一度)
尤若数学极限中的渐近线,越是逼近绝对零度变化率就越小,实验也越困难,到达绝对零度的希望就越渺茫,因此绝对零度似乎是一个不可思议的极限。

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超低温技术
ultra-low temperature,techniques for
获得接近于绝对零度低温的技术。C.von林德最先利用节流膨胀的焦耳�汤姆孙效应，制成空气液化机（空气中氮的临界温度为126.2K，氧的临界温度为154.8K)。并于1895年创办了大型液化空气工厂，1898年H.卡末林�昂内斯以液态空气预冷氢，利用焦耳�汤姆孙效应使氢气液化（氢的临界温度为33.3K）。1908年昂内斯用液氢作预冷使最难液化的氦液化（氦的临界温度为5.3K）。1934年P.卡皮察制成了不需液氢只用液氮预冷的氦液化机。液氦在 1大气压的沸点为4.2K，用减压蒸发法可得0.5K以下的低温。进一步降低温度的主要方法有：
顺磁盐绝热去磁 顺磁盐中磁性离子周围是非磁性离子和结晶水，磁距间的作用很小，在绝热去磁的起始温度（～1K）下各磁矩的取向作无规分布。加外磁场后顺磁盐波磁化，各磁矩作有序排列，熵减小。在绝热条件下撤去外磁场，磁矩恢复混乱排列，磁矩的熵增加，但绝热过程总熵不变，故晶格振动的熵减小，表现为温度下降。绝热去磁时先将顺磁盐用液氦预冷，加外磁场使之磁化，磁化热被液氦吸收，然后在绝热条件下去磁，可产生明显的致冷效果。绝热去磁法分别由W.F.吉奥克和P.J.W.德拜于1926年独立地提出，1933年吉奥克在实验上获得成功。绝热去磁法可得几mK的低温，60年代以前一直是获得这一量级低温的唯一方法。此法的缺点是不能连续工作，致冷能力较低。常用顺磁盐有硝酸镁铈（CMN）和铬钾钒（CPA）等。
稀释致冷机 1956年H.伦敦最先提出稀释致冷机的原理，1965年第一台稀释致冷机诞生，它是利用3He-4He混合液的性质设计的致冷机。3He和4He的混合液在0.87K以上温度时是完全互溶的溶液，在0.87K以下时发生相分离，即分成含3He较多的浓相和含3He较少的稀相两部分，两者间构成一界面，浓相浮于稀相之上。当3He原子从浓相通过界面进入稀相时，类似于普通液体通过液面蒸发成气体，要吸热致冷。进入稀相的3He原子通过循环系统重新回到浓相。稀释致冷机结构简单可靠，致冷能力强，可长时间连续工作，可得稳定的可调节的超低温，这是传统的顺磁盐绝热去磁法所无法比拟的，现已获广泛应用。用此法得到的最低温度为1.5mK。
坡密朗丘克致冷 温度在0.32K以下时，液态3He的熵比固态3He的熵要小，因而加压发生液－固相变时要吸热，从而达到致冷效果。此法由I.Y.坡密朗丘克于1950年提出，1965年实验成功。此法常在稀释致冷机的基础上使用，可达到的极限低温为1mK。1972年在此低温附近发现了3He的超流新相（见液态氦）。
核绝热去磁 原子核的自旋磁矩比电子自旋磁矩要小得多，故原子核磁矩间的相互作用也比电子磁矩间的相互作用弱得多。直到mK温度范围，核磁矩仍然是混乱取向，因而可用核绝热去磁法使核系统降温。通常以稀释致冷机预冷，用超导磁体产生强磁场，使核自旋磁化，再绝热去磁。此法由C.J.戈特和N.库尔蒂分别于1934年和1935年提出，1956年库尔蒂成功地使金属铜的核自旋温度冷却到16μK。后来用二级核绝热去磁使核自旋温度达到50nK（5×10-8K）的极低温，第一次观察到铜中核磁矩的自发反铁磁排列。物质内部的热运动包括核自旋运动、晶格振动和自由电子运动，3种运动对内能都有贡献，在较高温度时3种运动间的能量交换迅速，可处于热平衡状态，可用同一温度来描述。在极低温度下，三者间的能量交换较慢，不能很快建立热平衡，故应区分与不同运动相联系的温度。与核自旋运动相联系的温度称为核自旋温度。核绝热去磁只能降低核自旋温度。尽管核自旋温度已降到50nK量级，但晶格温度可能仍为mK量级。

压缩二氧化碳！干冰俗称！

加压

19世纪中期，开尔文男爵威廉·汤姆森定义了绝对温度，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。

绝对零度 ，是热力学的最低温度，但只是理论上的下限值。热力学温标的单位是开尔文（K），绝对零度就是开尔文温度标（简称开氏温度标，记为K）定义的零点。

0K约等于摄氏温标零下273.15摄氏度，也就是0开氏度，在此温度下，物体分子没有动能和势能，动势能为0，故此时物体内能为0。

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。

扩展资料

在绝对零度下，任何能量都应消失。可就是在绝对零度下，依然有一种能量存在，这就是真空零点能。

真空零点能，因在绝对零度下发现粒子的振动而得名。这是量子真空中所蕴藏着的巨大本底能量。海森堡不确定性原理指出：不可能同时以较高的精确度得知一个粒子的位置和动量。

因此，当温度降到绝对零度时粒子必定仍然在振动；否则，如果粒子完全停下来，那它的动量和位置就可以同时精确的测知，而这是违反测不准原理的。这种粒子在绝对零度时的振动（零点振动）所具有的能量就是零点能。

量子真空是没有任何实物粒子的物质状态，其场的总能量处于最低，这是一切物质运动及能量场的最初始状态，它的温度自然处于绝对零度。这样的状态具有无限变化的潜在能力。

零点能就是由（量子真空中）虚粒子，不断产生的一对反粒子的出现和湮灭产生的。据推测，量子真空中，每立方厘米包含的能量密度有10^13焦耳。

从理论上看，真空能量以粒子的形态出现，并不断以微小的规模形成和消失。真空中充满着几乎各种波长的粒子，但卡西米尔认为，如果使两个不带电的金属薄盘紧紧靠在一起，较长的波长就会被排除出去。

接着，金属盘外的其他波就会产生一种往往使它们相互聚拢的力，金属盘越靠近，两者之间的吸引力就越强。1996 年，物理学家首次对这种所谓的卡西米尔效应进行了测定。这是证明真空零点能存在的确凿证据。

参考资料来源：百度百科-绝对零度