人类早已能在实验室里创造数亿度的极端高温 —— 大型强子对撞机碰撞粒子时可达 1 亿亿度,仿星器模拟核聚变能达到数亿度。
可面对 - 273.15℃的绝对零度,人类却始终无法突破,甚至连无限接近都异常艰难。这并非技术不足,而是温度的本质与物理规律,从根源上给低温设定了 “不可逾越的红线”。
要理解这一差异,首先得搞懂温度的本质:温度是衡量物质内部分子、原子等粒子运动剧烈程度的物理量。
粒子运动越疯狂,温度越高;粒子运动越缓慢,温度越低。从这个角度看,高温和低温的 “探索逻辑” 完全不同。
创造高温的核心,是给粒子 “注入能量”,推动它们加速运动。比如在粒子对撞机中,科学家通过强磁场加速质子、重离子,让这些粒子以接近光速的速度碰撞 —— 碰撞瞬间产生的巨大能量,会让粒子运动剧烈到极致,从而形成超高温度。这种 “能量注入” 的方式,理论上没有上限:只要能提供足够的能量,就能让粒子运动更剧烈,温度也能不断升高(尽管受限于现有技术,目前的高温仍有实际天花板,但不存在理论上的 “最高温禁区”)。
像宇宙大爆炸瞬间的普朗克温度(1.4 亿亿亿亿度),就是理论上的高温极限,却并非人类无法接近的 “禁忌”。
可突破绝对零度的难度,远非 “抽取能量” 那么简单。绝对零度(-273.15℃)对应的物理状态,是粒子完全停止运动,内能降到最低。但根据量子力学的 “不确定性原理”,粒子的位置和动量无法同时被精确测量 —— 如果粒子完全静止,它的位置和动量就会被同时确定,这直接违背了量子力学的基本规律。换句话说,“粒子完全不动” 的状态在宇宙中根本不存在,绝对零度自然也就无法达到。
更关键的是,降温过程遵循 “热量传递规律”:热量只能从高温物体自发流向低温物体,要让一个系统降温,必须让它向更冷的物体释放热量。可绝对零度是宇宙中的最低温度,不存在 “比绝对零度更冷” 的物体,这就导致没有任何介质能接收系统最后剩余的热量。就像要把杯子里的水倒空,必须有比杯子更低的容器;若没有更低的容器,哪怕只剩一滴水也无法倒出。
人类能做到的,只是通过复杂的技术(如激光冷却、蒸发冷却)不断抽取系统热量,让温度无限接近绝对零度(目前实验室已能达到 10⁻¹⁰K 以下,即比绝对零度高十亿分之一度),却永远无法抵达终点。
还有一个容易被忽视的差异:高温系统的粒子运动是 “无序增强”,低温系统则是 “有序增强”。当温度升高时,粒子运动的无序性会不断增加,这种 “无序” 不需要精准控制,只要持续供能即可;可降温时,需要让粒子运动逐渐趋于有序,而量子世界的 “随机性” 会不断干扰这种有序 —— 哪怕系统只剩少量能量,粒子也会因量子涨落产生微小运动,无法彻底静止。
这就像要让一群躁动的孩子完全不动,远比让他们疯狂奔跑难得多。
如今,人类探索低温的意义并不在于突破绝对零度,而是在 “接近绝对零度” 的过程中,发现新的物理现象:比如在接近绝对零度时,某些材料会出现 “超导现象”(电阻突然消失),某些气体能变成 “玻色 - 爱因斯坦凝聚态”(数千个原子聚合成一个 “超级原子”)。这些发现,已成为量子计算、高精度传感等领域的核心基础。
从数亿度高温到接近绝对零度的低温,人类对温度极限的探索,本质是对微观世界规律的不断追问。绝对零度的 “不可突破”,不是科学的遗憾,而是宇宙规律给我们的 “提示”—— 它让我们明白,在探索自然的过程中,尊重规律比挑战极限更重要,而每一次对 “极限” 的靠近,都在帮我们更深刻地读懂宇宙的底层逻辑。




