更新时间：作者：小小条
哈喽，大家好，小圆今天就来跟大家扒一扒这个自带“零头”的绝对零度，解开它藏在数字背后的科学密码，不少人都听过绝对零度这个概念，也知道它对应的摄氏温度是-273.15℃，但大概率很少有人深究，为啥这个最低温度不是个整整齐齐的整数，偏偏带着0.15的尾巴？
其实这个问题的答案，和我们日常使用的温度计量方式密切相关，更藏着科学家们探索温度本质的百年历程，从主观定义的温标到触及物理本质的绝对温标，这串数字的诞生，本身就是一段充满严谨实验和大胆推导的科学故事。
我们日常用的摄氏温标，其实是个很接地气的计量方式，它的诞生和水的物理特性息息相关，摄氏温标的发明者安德斯·摄尔修斯，最初反其道而行之，把水的冰点定为100℃，沸点定为0℃，这么做的初衷很简单，就是想让冬季的温度数值不用出现负数。
真正从科学角度提出温度存在下限的，是法国物理学家纪尧姆·阿蒙东，他通过实验发现，气体的压力和温度之间存在固定的比例关系，温度每降低一定幅度，气体压力就会等比例下降 顺着这个规律推导下去，必然存在一个让气体压力降为零的最低温度。
而压力不可能出现负值，这就意味着这个温度就是理论上的低温极限，也就是绝对零度，从微观角度来看，温度的本质是分子热运动的剧烈程度，温度越低，分子运动越缓慢，当分子热运动无限趋近于停止时，对应的温度就是绝对零度。
科学家们通过测量室温附近气体体积和温度的线性关系，再将这个关系向外推导，就可以估算出绝对零度对应的摄氏温度，实验发现，在压强不变的情况下，0℃时常见气体的体膨胀系数为1/273.15，简单来说就是温度每升高1℃，气体体积就会增加0℃时体积的1/273.15。
基于这个精准的实验数据反推，最终得出绝对零度对应的摄氏温度为-273.15℃，这个带小数的数值，恰恰印证了科学测量的严谨性，它不是人为设定的整数，而是由摄氏温标的基准点和气体的物理特性共同决定的。
150年后，开尔文勋爵提出了不依赖任何物质特性的热力学温标，也就是开尔文温标，它以绝对零度为起点，且1K的温度差和1℃的温度差相等，换算关系为T(K) = t(℃) + 273.15，从此，绝对零度就成了物理学中温度测量的真正原点。
虽然在理论上，绝对零度是无法真正达到的，但人类对极限的探索欲望从未停止，工业发展对廉价氧气的需求，推动了零下200℃左右低温技术的进步，也为科学家们挑战更接近绝对零度的温度打下了基础，在实验室里，科学家们创造的低温一次又一次刷新着纪录。
2021年3月，德国科学家做了一个很有意思的实验，他们把磁化约束的铷原子气体云，从122米高的不来梅大学落塔上释放，利用下落过程中的微重力环境，让气体云的温度降到了38pK，也就是38×10⁻¹²K，这个温度低到让人难以想象，整个极寒状态持续了2秒。
这个数值打破了此前的实验室低温纪录，该团队也将其称为“宇宙中最冷的地方之一”，无独有偶，美国在2018年发射的冷原子实验室，也创下了52pK的低温纪录，在这样的极低温环境下，物质会呈现出一种特殊的状态，玻色-爱因斯坦凝聚态，
这是区别于固态、液态、气态、等离子态的第五种物质状态，此时原子几乎停止振动，完全展现出微观世界的量子特性，科学家们通过原子密度或速度分布，遵循玻尔兹曼定律反算温度，所以在pK级别的低温下，数值存在一定的误差，但这并不影响这些成果的科学价值。
提到低温技术，就不得不提氦气，这种气体堪称是打开极低温世界大门的钥匙，氦气是沸点最低的气体，曾经被科学家们认定为永久气体，它一共有八种同位素，其中应用最广泛的氦-4，在常压下的沸点仅为4.2K，换算成摄氏温度就是约-269℃。
当氦-4的温度降到约2.17K时，会发生一种超越经典物理范畴的神奇转变，变成超流氦-4，处于超流状态的氦-4，几乎失去了粘性，导热性能更是飙升，达到了铜的800倍，这种独特的物理特性，让它在低温制冷领域发挥着不可替代的作用。
从19世纪末到20世纪初，科学界掀起了一场挑战液化永久气体的技术竞赛，而液氦的成功液化，不仅是低温技术的重大突破，更让科学家们得以观测到很多经典物理无法解释的量子现象，如今低温技术已经成为多个前沿学科的基础。
比如量子计算就离不开毫开级的极低温环境，只有在这样的温度下，量子比特才能稳定呈现出0和1的叠加态，发挥出并行计算的优势，可以说没有液氦的助力，很多微观层面的科学研究都只能停留在理论阶段。
低温技术的发展，为粒子物理、量子物理、材料科学、生物医学等多个学科打开了新的研究窗口，超导现象的发现、玻色-爱因斯坦凝聚态的观测、量子计算的突破，都离不开极低温环境的加持，正如杜瓦预言的那样，越接近绝对零度，科学探索的空间就越广阔。
随着低温技术的不断进步，我们或许还能解锁更多物质的本真特性，见证更多颠覆认知的科学发现，这场探索低温极限的旅程，没有终点，只有不断延伸的科学边界，而人类对未知的好奇与执着，就是驱动这场旅程持续向前的永恒动力。
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