絕對零度
時間和溫度到底有沒有關系呢?我們客觀地說,目前并沒有任何證據表明時間和溫度有關系。只有熱力學中的熵增定律在假說中和時間扯上了關系,很多科學家認為熵增的方向就是時間流逝的方向,但他們并不能拿出證據。這里補充一點,熵指的是系統的混亂度,混亂度越高,熵就越大。
其實我們日常生活中也有這樣的體驗,當你很久不收拾房間,房間就會變得越來越亂,這其實就是混亂度增加了。而有一部分科學家認為,如果把宇宙看成一個系統,那最終的結果應該是混亂度最大,也就是熵最大。這個也是宇宙末日的熱寂說。因此,科學家才會提出熵增的方向和時間流逝的方向有關。
那有人可能就要問了這個熱寂是不是就是絕對零度?
實際上,根據目前的熱力學定律,絕對零度是不可能達到的。這其實就是熱力學第三定律,大概的表述是這樣的:
在絕對零度時,所有純物質的完美晶體的熵值為零。或者說,絕對零度不可達到。
這里補充一點,絕對零度是-273.15度。
那絕對零度到底有什么含義呢?
著我們就要說到溫度到底是什么了。如果用微觀的視角來看,溫度的本質是:
微觀例子熱運動的的劇烈程度。
意思是說,萬物都是由粒子構成,而粒子并不是整整齊齊排排隊的,而是比較雜亂無章,可以到處亂晃。
從整個的角度來看,粒子整體運動得越劇烈,溫度就越高,反之亦然。我們用分子的平均動能來描述溫度。
所以,絕對零度也很好猜,實際上就應該是分子定在一個地方完全不動的情況。但是,科學家發現,微觀粒子具有不確定性。意思是說,粒子的位置信息和動量信息是沒有辦法同時測到的。這其實也被叫做測不準原理,是由海森堡提出來的。
測不準原理還有個別稱,不確定性原理,這條理論是量子力學的基礎。根據這條理論,我們可以得出,分子不可能定在一個地方不動,頂多是在一定范圍內振動,因此,絕對零度是達不到的。
那如果我們假設“絕對零度”可以達到,那它對應的會是時間靜止么?
時間到底是什么?
這其實要從時間的定義說起。我們目前根本沒有辦法直接給時間下定義,原因也很簡單,因此,我們根本不知道什么是時間。雖然沒辦法直接下定義,但我們可以換個想法。在科學界還存在一種定義的方法叫做測量定義法。
說白了,就是你如何測量的,你就可以歸納測量的方式來定義。其實時間的測量很早就有,我們定義的“一天”,其實就是地球自轉一周,或者一晝夜。一個月就是月球繞地球一周,一年就是地球繞太陽一周。
發現沒有?雖然我們不知道時間是啥,但我們可以測量到時間。而歸納整個過程,我們就會發現,時間其實是變化。我們測量時間的辦法其實就是測量周期性的變化。
以上其實都是從“測量”的角度出發對時間進行的定義,而從這個定義出來,我們可以出這么一個結論,那就是如果“時間靜止”,對應的應該是沒有變化。那什么樣的狀態是沒有變得的呢?
其實上文我們提到過,那就是熱寂的狀態,也就是整個系統熵最大時。在那個狀態下,宇宙處處都處于熱平衡狀態,說白了,就是處處的溫度都一樣,這就會導致不存在熱傳遞,沒有熱傳遞也就沒有了信息的傳遞,也就沒有了變化。
因此,“時間靜止”對應的應該是“熱寂”,而非絕對零度。而由于宇宙大爆炸,宇宙早期是具有能量的,無論之后宇宙如何演化,這部分能量不可能憑空消失,因此,在熱寂時,溫度是不可能達到絕對零度的。也就是說,絕對零度對應的并不是“時間靜止”。
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