絕對零度達不到，那麼溫度上限在哪裡？
19世紀，英國物理學家法拉第在一次實驗中偶然液化了氯氣，由此，他認為一切氣體在低溫高壓的情況下都可以被液化。到了19世紀40年代，法拉第本人已經成功液化了當時大多數已知的氣體，只有氧氣、氮氣、氫氣、一氧化碳、二氧化氮、甲烷六種氣體無法液化，而且創出當時的最低溫度（ -110 °C, 163K）。隨後，低溫設備不斷被完善，逐級降溫和定壓氣體膨脹方法開始廣泛應用。1898年英國物理學家杜瓦成功液化了氫氣，標誌著這六種氣體都夠能被液化。1895年，英國化學家從礦石中分離出更難液化的氣體——氦氣。直至1908年，才成功被荷蘭萊頓大學的物理學家海克·卡末林·昂內斯將其液化，同時令低溫記錄創下新低（ -269 °C, 4K）。之後，昂內斯獲得1913年的諾貝爾物理學獎。後來人們不斷採用新的技術，將最低溫度的記錄刷新到毫開、納開，但是依然無法使物體到達絕對零度。為什麼無法做到這一點呢？
搭配BGM食用更佳 ╭(｀?′)╯（點擊音頻圖標即可食用）
Fish in the Pool
園園口琴教室
園園
00:00/03:14
1
Q
為什麼氣球碰到檸檬酸會爆？
by PEACE
A
橘子、檸檬、橙子、柚子等都屬於柑橘類水果,其表皮富含檸檬酸、酯類等有機物,而氣球是由高分子聚合材料構成的，這些有機物接觸乳膠等高分子材料，就會發生溶脹作用,氣球的表層局部變得特別薄，因此容易被引爆。生活中還有一些常見的相似例子，比如在加油時，都不會使用塑料桶,因為塑料的主要成分也是高分子聚合物，容易與汽油發生溶脹作用。所以,在玩氣球時不要吃柑橘類水果,以免發生不必要的危險。
By Nothing
2
Q
靜電場有質量嗎？
byEnilyks
A
靜電場是有質量的，因為靜電場有能量，表達式為：
又因為能量和質量是等價的並且可以通過質能方程換算，所以靜電場是有質量的。
Ps：靜電場蘊含能量多少的表達式可以通過平行板電容器的能量來推導。
ByNothing
3
Q
微積分是怎樣通過無窮個近似值的疊加得到一個精確值的呢？
by TnT
A
在積分值存在的情況下，說微積分通過無窮個近似值疊加得到一個精確值不如說微積分通過求極限定義了精確值。以求圓的面積為例：我們知道矩形的面積公式是長乘以寬。但是，圓的面積該怎麼算？我們可以把圓切成很多小方塊和邊緣帶弧度的部分，然後用所有小方塊的面積之和代表圓的面積近似值。數學上可以證明如果我們將圓切得越來越碎，那麼我們得到的面積近似值最終會收斂到一個極限上。這個極限值就是S=pi*r2也就是著名的圓的面積公式。可以看出我們並不先驗的知道圓的面積是否存在以及數值是多少，而是通過一系列的操作給出了圓的面積的定義。
ByNothing
4
Q
為什麼雨落下的時候是一滴一滴的，而不是像倒水一樣一股水流呢？
by 匿名君
A
雨在剛開始就不是水流：水汽在空中凝結，當凝結的足夠大的時候就會落下來變成雨。這裡所謂的足夠大也沒有大到像瓢潑一樣。即使是有人在高空向下潑水，最終落到地面的也是水滴。一方面，從水的角度看，下落過程中會受到很大的風，這風足以把水吹散。另一方面，先下落的水相對後下落的水做勻速直線運動，也就是說由於兩者距離會越來越遠最終分離開。這也是自來水管流出的、水柱越往下越細的原因之一。讀者朋友明白為什麼雨落下來是一滴一滴了吧？
ByNothing
5
Q
坐在公交車後排，前面很近一根柱子，看司機頭頂的電視為什麼可以看到全部畫面而沒有被柱子擋住？
by 青蛙王子
A
柱子明明就擋在你和電視的中間，為什麼卻能看到它後邊的畫面？也許你會想，莫非是光發生了偏折？也許你腦海中會閃過一個詞——衍射？
然而事實卻是……
（問題來了，為什麼絕對零度不存在？）
並不是因為光路的變化，造成這個現象的原因在於人有兩隻眼睛！
人的兩隻眼睛一左一右，這兩隻眼睛所能看到的畫面是不一樣的，而人的大腦會對兩隻眼睛收集到的信號進行處理，最終合為一張圖。就好比你看雙筒望遠鏡，兩個小圓筒的畫面會合成一個大圓筒。你可以做這樣一個實驗，用你的手指擋住你前方一個小物體或是某個物體的一小部分。然後，閉上你的左眼，很大可能此時你看它的確是被擋住了，這是因為大多數人的主視眼是右眼（因此右眼的近視度數一般比左眼高）。然後，閉上你的右眼，睜開你的左眼，你會發現被擋住的部分用你的左眼是可以看見的。
圖像能夠「偏移」的程度與你們之間的距離，以及遮擋物距離你眼睛的距離有關，並且還與遮擋物的大小有關。如果擋著的不是一根柱子而是一個體重三位數（單位為KG）的人，那麼你就看不到他身後的部分東西了。
當然，如果遮擋物的密度非常非常大，大到成為了一個黑洞，那麼光將被引力彎曲，你便能看到它後邊的東西了。
對左右眼感興趣的，可以看看第91期第3個回答。鬼火是怎麼回事？| No.91
ByPatwf
6
Q
為什麼絕對零度不存在，有最高溫度嗎？
by 孤夜
A
1902年，Richard研究了低溫下電池反應ΔG與ΔH隨溫度T的關係 ，得到了這樣一個圖：
即ΔG與ΔH有趨於相等的趨勢。
隨後，能斯特在研究了大量低溫下的化學反應後提出了這麼一個定理：
即能斯特定理，表明凝聚系的熵在等溫過程中的改變隨絕對溫度趨於零而趨於零。能斯特定理的直接推論是絕對零度時等溫線和絕熱線重合，這是獨立於熱力學第一定律、第二定律的新定律。
想要讓物體降溫，要麼就是讓它接觸比它溫度低的物體而將熱量傳遞出去，要麼是通過絕熱膨脹。而當物體溫度接近絕對零度時，想再找一個溫度比它低的物體讓它來傳遞熱量是行不通的，因此只能通過絕熱過程，而可逆絕熱過程的效率要比不可逆絕熱過程要高。如果能斯特定理成立，則可以通過推導證明不能通過可逆絕熱過程使物體達到絕對零度。（對推導感興趣的讀者可以參考蘇汝鏗《統計物理》）
這便是熱力學第三定律的否定形式表示：不可能用有限手續把一個物體冷到絕對零度。
至於最高溫度，也就是說溫度有沒有上限？答案是有的！
現有的理論框架認為不存在比普朗克溫度更高的溫度，普朗克溫度有多高呢？——1.416833(85)X1032K。當溫度達到這種程度時，我們現有的物理知識將變得沒有意義，而實驗上也不可能達到這個溫度。現有宇宙學認為在宇宙大爆炸的第一個單位普朗克時間內，溫度達到了普朗克溫度，在這一時刻，宇宙中只是極高極熱極密的能量，沒有東西能以物質態存在。
Emmmm，不知道讀者們有沒有聽過一個詞——負溫度。我們知道絕對零度是0K，負溫度從數字上看就是一個比0小的負數。按照常理來看，應該是比絕對零度低的溫度，因為負數比0要小，但事實上負溫度比任何溫度都要高。
是不是覺得話這句話有點匪夷所思，甚至讀起來還有點像病句?
關於負溫度不是一兩句能說清楚的，感興趣的話可以後台提問~你不問我怎麼知道你想知道呢~
ByPatwf
7
Q
薛定諤的貓咪能告訴我們什麼道理？
by 中科院狂熱粉
A
有關薛定諤的喵喵的科學討論，可以翻閱物理所以前的相關文章，比如第73期第8個問答為什麼飛機不會被閃電擊落？| No.73（正好是我回答的>o
所以這條回答我們不講物理，只講道理~
在打開盒子之前我們並不知道貓是死是活，但假如你打開盒子之後發現貓死了，那無論你再怎麼花式關盒子、開盒子，貓都只可能是死的。
這就好比你所暗戀的那個人，Ta可能喜歡你，也可能不喜歡你。事實上Ta可能還在糾結、還再猶豫，對你還缺乏安全感。這個時候你坐不住了，你不想再處於疊加態了，想把窗戶紙捅破，於是你打開了盒子，結果你驚訝的發現貓咪GG了。當然，也許貓咪只是傲嬌的不想理你所以在裝睡，就像你會覺得對方可能只是矜持幾下，在口是心非。於是你做了一些後續實驗，比如把魚乾丟過去，或者戳貓咪幾下，然而它還是不動彈，那麼便說明你是真的涼了。這便是所謂的表白見光死，所以在你沒有很大把握的時候千萬不要隨便表白！
我們知道，做實驗時實驗方法是很重要的，雖然實驗的結果不確定，但是人為改變實驗條件可以在一定程度上對結果進行導向。如果你關貓咪的盒子是真空的，那麼我可以自信的告訴你不用開了，你已經GG了，這就是論表白方式的重要性。還有就是換一個衰變率低的粒子，這樣釋放毒氣的概率會下降，貓咪有更大的可能性存活，也就是說別想著讓吳亦凡、鹿晗做男朋友了，我們物理所的男孩子就很棒！
ByPatwf
8
Q
波粒二象性是什麼呀？
Byem
A
自人類研究光學以來，對於光的波動性與粒子性的爭論就一直在進行，以牛頓為首的科學家認為光是粒子，而以惠更斯為首的科學家則認為光是波。
對於波來說，它不僅有振幅還有相位，由於相位的不同，不同的波疊加在一起並不是簡單的振幅相加，而會附帶干涉項，而干涉項有正有負。楊氏雙縫干涉實驗證明了光具有波動性，在隨後的很長一段時間內人們便都認為光是波。
赫茲最開始發現了光電效應。按照經典理論，光是波，則入射的光越強光電子的初始動能應該就越大，但事實上如果入射光的波長過長則即便入射強度再強也無法發生光電效應。而如果入射光的波長較短，則即便光照很微弱也會有電子逃逸出來。
愛因斯坦在對光電效應的解釋中引入了光量子的概念，認為光是由一個一個的光量子組成的，一個光量子所攜帶的能量是hv，h為普朗克常量，v為頻率。
逃逸電子的初動能 Ek=hv-W
W為電子的逸出功。
光電效應證明了光具有粒子性。（順帶一提愛因斯坦獲得諾獎並不是因為相對論，而是光電效應）
按照愛因斯坦的質能方程，光子的能量 E = mc2
從光電效應實驗中可知光子的能量E=hv
因此mc2= hv，兩邊同時除以c，則mc=hv/c=hλ
mc，質量乘以速度，則為光子的動量。因此光子的動量p=hλ
接下來，輪到我們的法國公爵兼德國親王——德布羅意閃亮登場了。
德布羅意認為不僅電子，微觀粒子都具有波動性，其波長等於動量除以普朗克常數，也就是上邊那個式子稍微變一下就行了。
即λ=P/h
雖然這個式子變形很簡單，但是這一觀點確實顛覆性的。不過德布羅意是不怕的，而且還有超級大佬愛因斯坦為他打Call（當然，德布羅意可能還是有點壓力的，如果物理界混不下去了他可能就得回家當他的富家子弟了）
所以德布羅意在答辯時的待遇與宣稱自己推翻相對論的民科相比那是非常好了。
最終，德布羅意靠著他出色的答辯水平，順利完成了博士答辯。而這篇博士論文則為他贏得了1929年的諾貝爾物理學獎。
順帶一提，電子的波動性由電子的發現者湯姆孫的兒子發現。
以上是關於歷史與背景的介紹。上個世紀量子力學建立的歷史確確實實有很多讓人津津樂道的故事。
當我們在討論電子的質量m、電荷量e時，是一份一份的，具有粒子性；而當我們討論電子在空間的分布時，則是波動性，波函數的模的平方反應的是電子在空間中出現的概率密度，比如電子云反映的是電子在核外分布的概率密度，電子云密的地方電子出現的概率大。舉一個經典的實驗例子，電子的雙縫干涉實驗。類似於楊氏的雙縫干涉實驗，只是將光束換為了電子束。如果有一個電子通過了狹縫並且打到了接收屏上，那麼屏上就會有一個亮點，用電子束來做這個實驗得到的圖案和用光來做實驗得到的一樣，即明亮相間的條紋。我們知道楊氏雙縫干涉實驗證明了光具有波動性，因為波是可以發生干涉的，現在用電子來做實驗也得到了相同的結果，那說明電子很有可能也具有波動性。將電子束的密度下降，每次幾乎只有一個電子射向雙縫，因此每次屏幕上便會出現一個亮點，這說明電子是沒有劈裂開來的，確實是一個整體，亦即具有粒子性。隨著收集電子數量的增多，屏幕上的點將越來越密進而匯聚成圖案，所得到的圖案仍是明亮相間的條紋，也就是說單個電子就具有波動性。波動性、粒子性都是電子本身所具有的屬性，是不可分割的，就好比一個人既有溫度又有體重。只關注電子的粒子性或波動性那麼對它的認識都是不全面的，必須站在不同的角度，多方面的了解它。
以最近抖音上很火的西安摔碗酒為例，對於把酒捧在手裡的人來說，酒是透明的液體，帶一點香醇，但此時你要問他喝起來是什麼味道他並不能說出來。而在酒划過喉嚨的時候，雖然能感受到入口柔、一線喉，但是舌頭與喉嚨並不能告訴你酒是什麼顏色。
酒的色、香、味都是它所具有的屬性，只是用不同的方式去「探測」它、做不同的實驗，分別得到它不同方面的屬性而已。
正所謂男人不只一面，品格始終如一。
By Patwf
本期答題團隊：
物理所Patwf、Nothing
寫下您的問題，下周五同一時間哦~
識別下方二維碼快速提問
上期也精彩
編輯：X. B. Liu
※速速收藏！可樂竟然還有這些神奇的用途！
※雙生子佯謬到底是怎麼回事？
TAG:中科院物理所 |