微觀粒子能保持絕對靜止狀態嗎?
探索
03-26
靜止是相對的,運動是絕對的,對於微觀粒子,由於不確定性原理的存在,粒子無法保持絕對的靜止狀態。
在宏觀世界中,我們說一個物體運動還是靜止,必須指明參考系,在微觀世界也是一樣的;在熱力學中,微觀粒子的熱運動,形成宏觀效應「溫度」。
根據熱力學第三定律——絕對零度不可達到;或者說無法通過有限步驟,利用熱力學循環把一個系統的溫度,降低到絕對零度。
熱力學第三定律其實有量子力學的原因,在量子力學中,有一條不確定性原理,指微觀粒子位置不確定度和動量不確定度的乘積存在最小值,既ΔxΔp≥h/4π。
一個系統中的粒子,如果完全處於靜止狀態,也就達到了絕對零度,此時粒子的位置就是確定的,Δx就為零,這是違背不確定性原理的,所以絕對零度不能達到。
但是靜止是相對的,我們能選取一個參考系,使得參考系的運動和粒子一模一樣,然後在該參考系看來,粒子就是靜止的嗎?
答案是否定的,因為量子力學中的不確定性原理是粒子的內秉屬性,位置和動量的不確定度是隨機的,而且是自然界中的真隨機,我們沒有任何辦法進行預言,所以也不存在和粒子保持運動一致參考系。
實驗也證實了這點,無論科學家如何降低溫度,也無法達到絕對零度;比如在2018年6月27日,NASA送入國際空間站的冷原子實驗室(CAL),就製造了0.000000001K(十億分之一K)的超低溫,此時原子移動速度非常緩慢,但就是不可能完全靜止。
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