溫度可以低到什么程度？冷到骨髓？冷到冰封？這些都太溫柔了。物理學(xué)上有一個(gè)終極溫度：絕對(duì)零度，?273.15°C，也就是攝氏溫度計(jì)的起點(diǎn)。

這個(gè)溫度不僅能讓一切物質(zhì)凍結(jié)，更可怕的是，它甚至能讓時(shí)間“失效”。

【01】絕對(duì)零度，不只是“最冷”，而是“徹底歸零”

我們平時(shí)說溫度，是指原子、分子在“動(dòng)”的程度。水分子振動(dòng)快了，它就是熱水；動(dòng)得慢，就是冷水；動(dòng)得極慢，結(jié)成冰。

但如果你把分子的運(yùn)動(dòng)慢到極限，會(huì)發(fā)生什么？

在這個(gè)溫度下，粒子的動(dòng)能幾乎降為零，所有內(nèi)部運(yùn)動(dòng)都停止。沒有振動(dòng)、沒有旋轉(zhuǎn)、沒有熱交換。整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入一種幾乎完美的靜止?fàn)顟B(tài)。就是絕對(duì)零度。

這個(gè)極限溫度并非人類拍腦袋想出來的，而是科學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)的結(jié)果。

19世紀(jì)初，物理學(xué)家在研究氣體冷卻時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著溫度降低，氣體體積趨近某個(gè)極限。

1848年，英國(guó)物理學(xué)家威廉·湯姆森（即開爾文勛爵）首次提出這個(gè)下限溫度，并定義為“絕對(duì)零度”，也就是我們今天所說的開爾文溫標(biāo)起點(diǎn)：0K ≈?273.15°C。

從熱力學(xué)角度看，絕對(duì)零度意味著系統(tǒng)的熵趨于零。熵是衡量混亂與信息變化的單位，而時(shí)間就是依附在“變化”之上。

所以在這個(gè)點(diǎn)上，如果粒子不再變化，時(shí)間也就“停止了”。

【02】這個(gè)溫度有多冷？宇宙都降不到

你可能覺得宇宙很冷，星際空間一片黑暗，應(yīng)該接近絕對(duì)零度了吧？

答案是沒有。宇宙中彌漫著一種溫柔而持續(xù)的“背景熱量”——宇宙微波背景輻射，它是大爆炸留下的熱余波，溫度大約是2.725K（也就是?270.425°C）。

這看起來已經(jīng)非常接近0K了，但就是這最后的2.7度，是整個(gè)宇宙都降不下來的距離。

根據(jù)熱力學(xué)第三定律，任何系統(tǒng)都無法通過有限次操作將自身溫度降至絕對(duì)零度。哪怕你用再多能量冷卻、再長(zhǎng)時(shí)間等待，最后一步總是卡在那里：只能無限接近，無法抵達(dá)。

那么，宇宙中有沒有比背景輻射還冷的地方？有。

在距離地球約5000光年的半人馬座方向，有一個(gè)詭異的星云叫做回力星云。它的溫度只有1K（-272.15°C），比宇宙背景輻射還低！

這不是自然冷卻的結(jié)果，而是因?yàn)槠渲行暮阈窃谒劳銮皠×覈姲l(fā)物質(zhì)，氣體極度膨脹，像“宇宙級(jí)空調(diào)”一樣帶走熱量，造成了這個(gè)宇宙最冷的自然天體。

【03】人類能造出多冷的溫度？

雖然宇宙自然狀態(tài)無法到達(dá)絕對(duì)零度，但人類實(shí)驗(yàn)室卻能“制造極冷”。

2021年，德國(guó)不萊梅大學(xué)在一次原子冷卻實(shí)驗(yàn)中，利用激光減速+磁場(chǎng)蒸發(fā)冷卻技術(shù)，將團(tuán)鉀原子降溫至38×10?12K（-273.149999999962°C）。這是截至目前，人類制造的最低溫度紀(jì)錄，這比宇宙背景還冷了近700億倍。

他們的方法是：用激光“對(duì)著原子反方向打”，讓它們“失速”，然后再通過磁場(chǎng)剝離高能原子，留下低能部分——就像在一群快跑的人中，把跑得快的都請(qǐng)出場(chǎng)，剩下的就越來越慢、越來越冷。

這不是“冷空氣”，而是冷到粒子不再運(yùn)動(dòng)。這類實(shí)驗(yàn)為我們觀察“極限物質(zhì)狀態(tài)”打開了量子世界的大門。

【04】當(dāng)一切被凍結(jié)，物理規(guī)律開始變得陌生

在這些近絕對(duì)零度的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種詭異現(xiàn)象：物質(zhì)開始“合體”。

1995年，美國(guó)科學(xué)家用激光冷卻將銣原子降至數(shù)十納開爾文（nK）。這些原子不再各自為戰(zhàn)，而是集體進(jìn)入同一個(gè)最低能量狀態(tài)，變成一個(gè)統(tǒng)一的“量子實(shí)體”。

這就是玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)（BEC），一種全新的物質(zhì)形態(tài)。原子之間的量子波函數(shù)開始重疊，它們不再是“一個(gè)個(gè)粒子”，而是一個(gè)整體。“我是誰”不再重要，它們是“我們”。

還有一種現(xiàn)象叫做超流態(tài)。液氦在2.17K以下會(huì)進(jìn)入超流狀態(tài)，表現(xiàn)出驚人的無粘性，可以沿著容器壁爬升、穿過微孔、在管道中永不停止地流動(dòng)。

這種行為背后，是宏觀量子效應(yīng)的出現(xiàn)：粒子就像一支訓(xùn)練有素的軍隊(duì)，以完全協(xié)調(diào)一致的方式運(yùn)動(dòng)。

但在常溫世界，這種現(xiàn)象根本不可能存在。

【05】如果真的達(dá)到絕對(duì)零度，時(shí)間會(huì)不會(huì)停止？

這是個(gè)物理學(xué)與哲學(xué)交匯的問題。

在熱力學(xué)中，時(shí)間的“箭頭”來自熵的變化。系統(tǒng)越混亂，熵越高，時(shí)間就越明顯地“向前”。

而在絕對(duì)零度，熵為零，粒子不再運(yùn)動(dòng)，狀態(tài)不再變化——時(shí)間，就像一條沒有方向的線，停在原地。

假如你能把一個(gè)原子系統(tǒng)完美封閉、冷卻到絕對(duì)零度，它就像被封存進(jìn)“時(shí)間膠囊”。沒有變化，沒有信息流動(dòng)，也就沒有“過去”與“未來”的區(qū)分。

當(dāng)然，這是理論推演。現(xiàn)實(shí)中，你無法完全阻隔宇宙微波背景的干擾，無法制造絕對(duì)絕熱條件，所以真正“凍結(jié)時(shí)間”的實(shí)驗(yàn)永遠(yuǎn)只是接近，而非實(shí)現(xiàn)。

但這仍然是一種震撼性的想象：冷到極致，連“時(shí)間”都不想動(dòng)了。

【06】絕對(duì)零度無法達(dá)到，但靠近它的過程改變了世界

盡管我們永遠(yuǎn)無法到達(dá)0K，但人類每一次“向它靠近”，都在打開一個(gè)新世界。

超導(dǎo)體，就是其中之一。在接近0K時(shí)，一些金屬材料會(huì)突然電阻歸零，電流可以無限流動(dòng)。這一現(xiàn)象正被應(yīng)用在量子計(jì)算、磁懸浮列車、核磁共振、粒子加速器等前沿科技中。

原子鐘，利用低溫下原子能級(jí)躍遷的極高穩(wěn)定性，成為人類已知最精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)設(shè)備，誤差可低至3000萬年僅1秒。

量子計(jì)算機(jī)，必須在接近0K的環(huán)境中運(yùn)行，才能屏蔽熱擾動(dòng)，保持量子比特的糾纏態(tài)。

甚至，科學(xué)家正在研究“冷凍光子”：通過極冷環(huán)境控制光的速度與行為，未來可能用于構(gòu)建光子信息處理系統(tǒng)。

可以說，絕對(duì)零度不是終點(diǎn)，而是人類認(rèn)知的起點(diǎn)。我們無法觸碰它，但在靠近它的過程中，不斷顛覆世界。

總結(jié)

絕對(duì)零度不是一個(gè)溫度，它是自然設(shè)置的“不可抵達(dá)之門”。

它冷到連時(shí)間都不再前進(jìn)，冷到粒子放棄了身份，冷到物理規(guī)律自己開始重寫。

我們無法到達(dá)它，但靠近它的每一步，都是人類智慧的奇跡。