絕對零度 〈Absolute zero〉

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絕對零度(Absolute zero)
國立彰化高級中學賴文哲教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

絕對零度為熱力學溫度的理論下限,即克氏溫標0 K,相當於攝氏-273.15度。

物體的溫度取決於物體內組成分子的動能,這些粒子的動能越高,物體的溫度就越高。降低這些粒子的動能也就降低了溫度。理論上來說,如果粒子的動能已經降為零,物體即達到絕對零度,以理想氣體來說,其體積也就縮小到零。實驗上,絕對零度永遠無法達到,但可無限逼近。雖然在實驗室環境中,可透過各種方式為一個系統降溫,但熱力學基本定律即說明了絕對零度永遠無法達到,由這同樣的原則,也可確定沒有任何機器的效率可以百分之一百。

當非常接近絕對零度時,物質呈現許多不尋常的特性,包括超導,超流體,以及玻色-愛因斯坦凝聚。為了研究這些現象,科學家們一直在努力獲得越來越低的溫度。

2003年2月,在距離地球5000光年的Boomerang星雲中,發現-272.15℃,被認為是自然環境中最寒冷的地方。

2003年9月, 麻省理工學院宣布了創紀錄的低溫450 PK的,即4.5×10-10K的玻色-愛因斯坦凝聚的鈉原子。

2005年,兩位美國學者葛勞柏(Roy J. Glauber)、霍爾(John L. Hall),以及德國學者韓希(Theodor W. Hansch) 以雷射致冷技術獲得諾貝爾物理學獎,將原子動能降低到相當於溫度5nK(10-9 K)左右,為目前可達到的最低溫狀態。

原子內部原子核的自旋可看作不同的能量狀態,當受到外加磁場作用時,可將能量轉移進而降低其能態。因比0 K 能量更低,故為負的絕對溫度,但它並非比絕對零度更冷。

參考資料:
Absolute zero. http://en.wikipedia.org/wiki/Absolute_zero

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