绝对零度
时间和温度到底有没有关系呢?我们客观地说,目前并没有任何证据表明时间和温度有关系。只有热力学中的熵增定律在假说中和时间扯上了关系,很多科学家认为熵增的方向就是时间流逝的方向,但他们并不能拿出证据。这里补充一点,熵指的是系统的混乱度,混乱度越高,熵就越大。
其实我们日常生活中也有这样的体验,当你很久不收拾房间,房间就会变得越来越乱,这其实就是混乱度增加了。而有一部分科学家认为,如果把宇宙看成一个系统,那最终的结果应该是混乱度最大,也就是熵最大。这个也是宇宙末日的热寂说。因此,科学家才会提出熵增的方向和时间流逝的方向有关。
那有人可能就要问了这个热寂是不是就是绝对零度?
实际上,根据目前的热力学定律,绝对零度是不可能达到的。这其实就是热力学第三定律,大概的表述是这样的:
在绝对零度时,所有纯物质的完美晶体的熵值为零。
或者说,绝对零度不可达到。
这里补充一点,绝对零度是-273.15度。
那绝对零度到底有什么含义呢?
着我们就要说到温度到底是什么了。如果用微观的视角来看,温度的本质是:
微观例子热运动的的剧烈程度。
意思是说,万物都是由粒子构成,而粒子并不是整整齐齐排排队的,而是比较杂乱无章,可以到处乱晃。
从整个的角度来看,粒子整体运动得越剧烈,温度就越高,反之亦然。我们用分子的平均动能来描述温度。
所以,绝对零度也很好猜,实际上就应该是分子定在一个地方完全不动的情况。但是,科学家发现,微观粒子具有不确定性。意思是说,粒子的位置信息和动量信息是没有办法同时测到的。这其实也被叫做测不准原理,是由海森堡提出来的。
测不准原理还有个别称,不确定性原理,这条理论是量子力学的基础。根据这条理论,我们可以得出,分子不可能定在一个地方不动,顶多是在一定范围内振动,因此,绝对零度是达不到的。
那如果我们假设“绝对零度”可以达到,那它对应的会是时间静止么?
时间到底是什么?
这其实要从时间的定义说起。我们目前根本没有办法直接给时间下定义,原因也很简单,因此,我们根本不知道什么是时间。虽然没办法直接下定义,但我们可以换个想法。在科学界还存在一种定义的方法叫做测量定义法。
说白了,就是你如何测量的,你就可以归纳测量的方式来定义。其实时间的测量很早就有,我们定义的“一天”,其实就是地球自转一周,或者一昼夜。一个月就是月球绕地球一周,一年就是地球绕太阳一周。
发现没有?虽然我们不知道时间是啥,但我们可以测量到时间。而归纳整个过程,我们就会发现,时间其实是变化。我们测量时间的办法其实就是测量周期性的变化。
以上其实都是从“测量”的角度出发对时间进行的定义,而从这个定义出来,我们可以出这么一个结论,那就是如果“时间静止”,对应的应该是没有变化。那什么样的状态是没有变得的呢?
其实上文我们提到过,那就是热寂的状态,也就是整个系统熵最大时。在那个状态下,宇宙处处都处于热平衡状态,说白了,就是处处的温度都一样,这就会导致不存在热传递,没有热传递也就没有了信息的传递,也就没有了变化。
因此,“时间静止”对应的应该是“热寂”,而非绝对零度。而由于宇宙大爆炸,宇宙早期是具有能量的,无论之后宇宙如何演化,这部分能量不可能凭空消失,因此,在热寂时,温度是不可能达到绝对零度的。也就是说,绝对零度对应的并不是“时间静止”。