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为什么宇宙最低温度是-273度,而不是-300度?

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发表时间:2020-03-14 21:56

就目前所知,宇宙最低温度是绝对零度,为-273.15摄氏度。那么,为什么最低温度不是-300度,而是这么一个看似奇怪的数值呢?

事实上,这个原因很简单,并不是什么重大内在物理规律在起作用,而是源于人类的定义。那么,人类是如何定义温度的呢?

在日常生活中,为了衡量物体的冷热程度,我们需要经常用到温度的概念。为此,科学家定义了一种常用的温标——摄氏温标,符号为℃。根据摄氏温标的定义,在1个标准大气压的情况下,水的冰点被定义为0摄氏度,水的沸点被定义为100摄氏度,然后再将其等分,这样就得到了摄氏温标。

摄氏温标最早由物理学家安德斯·摄尔修斯在18世纪提出。不过,最初的摄氏温标与现在是相反的,水的冰点被定义为0℃,水的沸点被定义为100℃。后来,另一位物理学家让·皮埃尔·克里斯汀提出了改变,这才有了我们现在使用的摄氏温标。

摄氏温标并不遵循绝对标度或比值系统,而是遵循相对标度或区间系统。质量遵循绝对标度,如果把物体的质量翻倍,那么,得到的东西会包含两倍的物质,而物体的量从10公斤到20公斤的变化量与从100公斤到110公斤的变化量是一样的。然而,摄氏温标与热能却没有这样的关系。10℃和20℃与100℃和110℃之间的差值都为10℃,但是热能变化幅度并不一样,而且20℃温度所拥有的热能并不是10℃的两倍。

真正遵循绝对标度的是开氏温标,又称热力学温标,符号为K。温度反映的是冷热程度,而物体的冷热程度从根本上讲是由组成粒子的热运动剧烈程度所决定的。当粒子热运动停止时,温度达到最低,这个温度被定义为0 K。由于开氏温标存在固有零点,所以它遵循比值系统,20 K温度所拥有的热能是10 K的两倍。

根据摄氏温标的定义,可以通过实验以及理论推算得出,绝对零度为-273.15℃。这样还能得到开氏温标和摄氏温标的转换关系:K=℃+273.15。

当然,我们也可以定义一种温标,使得绝对零度为-300度。按照这种温标的定义,水的冰点为-26.85度‬,沸点为73.15‬度。另外,如果按照华氏温标,绝对零度为-459.67℉。

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