冬天的寒意让你心情低落吗?厌倦了所有的雪和泥泞?这样想吧:事情可能会更糟。例如,月球上的夜间温度会骤降至零下250华氏度。当“旅行者2号”于1989年经过海王星的卫星海卫一时,它记录了太阳系中已知最低的温度:零下391华氏度。这或许是意料之中的,因为海卫一与太阳的距离是地球的30倍。但即使在离太阳最近的行星水星上,温度计也会降到零下300华氏度以下,因为它的黑暗、无空气的夜晚相当于我们三个月的时间。
严格来说,热(或冷)仅仅是原子和分子的运动。在室温下,它们以大约每小时1,000英里的速度抖动。在一个炎热的八月天出去,它们会快3%左右。在一个寒冷的二月夜晚,它们可能会慢5%左右。在极端的南极冰冻中,大气分子失去大约20%的室温速度。这种看似微小的下降对应着大约零下120华氏度的温度。
更低的温度意味着越来越迟缓的运动,直到分子运动在零下459.67华氏度时基本停止。因为没有比停止更慢的,所以这是可能的最低温度——绝对零度。直到20世纪60年代,天文学家认为空旷的空间就停留在这一点。现在他们知道,来自大爆炸的热量,经过宇宙膨胀的极大稀释,产生了无处不在的4.91华氏度的温暖,这意味着太空的平均温度是零下454.76华氏度。
你可能会认为这是大自然能达到的最冷,但事实并非如此。天文学家最近发现了一个更冷的地方:位于半人马座的回旋镖星云,距离约5000光年。这片气体云正在膨胀,并且像冰箱热交换器中的冷却剂一样,在膨胀过程中变得更冷。结果,该星云的温度仅比绝对零度高2华氏度——这是宇宙中已知最冷的地方。它甚至比太空本身还要冷!
然而,迄今为止,记录到的最低温度并非在遥远的地方,而是在地球上的实验室中。对低温的研究从20世纪20年代开始成为热门话题,当时量子理论的研究表明原子和亚原子粒子的特性本质上是不确定的。与行星不同,行星的位置和运动很容易确定,而微小的事物无法同时拥有精确的位置和动量。如果你确定其中一个,另一个就会变得模糊。
1925年,阿尔伯特·爱因斯坦和印度物理学家萨蒂延德拉·纳特·玻色意识到,绝对零度似乎提供了一个逃避条款。如果原子被充分冷却,它们的运动将停止。在这一点上,你将知道它们的精确动量:零。你也将知道它们的精确位置,因为它们会静止不动地在你面前。那么,看起来一个高科技的冰箱可以让你智胜量子定律。玻色和爱因斯坦不同意,他们认为原子会通过融入一种奇怪的集体存在状态来找到一种新的方式来隐藏它们的特性。
对这个问题的求知欲促使研究人员建造了精密的设备,这些设备利用激光几乎将原子中所有的运动都清除掉。最终,十年前,两个研究团队将物质冷却到比绝对零度高200亿分之一度。正如玻色和爱因斯坦所预测的那样,原子融合成一个模糊的斑点,失去了各自的身份,从而失去了关于其位置和动量的具体信息。这种物质既不是固体、液体、气体,也不是等离子体。它是一种新的物质,玻色-爱因斯坦凝聚态。
在极低的温度下会发生许多不寻常的事情。例如,将光照射到玻色-爱因斯坦凝聚态中,光几乎会完全停止。一些超低温材料会变成超导体,对电流的流动失去所有电阻。氦是唯一没有自然固态的元素,它会变成一种无摩擦的流体,似乎通过在烧杯中向上流动而抗拒重力。
为了研究这些奇异现象,物理学家们不断追求更低的温度。近年来,麻省理工学院的物理学家将钠气冷却到比绝对零度高出十亿分之半度,此时气体中的原子减速到每30秒仅一英寸的速度。将
二月有什么
2月2日:土拨鼠日标志着冬季和春季的中间点。宾夕法尼亚州有早晨多云的可能,因此没有影子。
2月中旬:天狼星(最亮的恒星)和猎户座星云(最亮的星际气体云)在晚上8点至9点之间升到它们在南方最高、最显著的位置。此外,木星现在在晚上10点之前升起,在东方天空闪耀。
2月26日:亏凸月与木星形成一个紧密的对,这是今年一系列每月重复的近距离相遇的一部分。
2月28日:黄道光——星际尘埃反射阳光形成的微弱光芒——现在最容易看到。日落后一到两个小时,在晴朗、黑暗的天空下向西方看。
整个月:土星状态最佳。你可以在晚上9点左右,在双子座,几乎正上方,轻松发现这颗明亮、稳定、略带黄色的“恒星”。














