绝对零度达不到，那么温度上限在哪里？| No.104
19世纪，英国物理学家法拉第在一次实验中偶然液化了氯气，由此，他认为一切气体在低温高压的情况下都可以被液化。到了19世纪40年代，法拉第本人已经成功液化了当时大多数已知的气体，只有氧气、氮气、氢气、一氧化碳、二氧化氮、甲烷六种气体无法液化，而且创出当时的最低温度（ -110 °C, 163K）。随后，低温设备不断被完善，逐级降温和定压气体膨胀方法开始广泛应用。1898年英国物理学家杜瓦成功液化了氢气，标志着这六种气体都够能被液化。1895年，英国化学家从矿石中分离出更难液化的气体——氦气。直至1908年，才成功被荷兰莱顿大学的物理学家海克·卡末林·昂内斯将其液化，同时令低温记录创下新低（ -269 °C, 4K）。之后，昂内斯获得1913年的诺贝尔物理学奖。后来人们不断采用新的技术，将最低温度的记录刷新到毫开、纳开，但是依然无法使物体到达绝对零度。为什么无法做到这一点呢？
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1Q为什么气球碰到柠檬酸会爆？
by PEACE
A橘子、柠檬、橙子、柚子等都属于柑橘类水果,其表皮富含柠檬酸、酯类等有机物,而气球是由高分子聚合材料构成的，这些有机物接触乳胶等高分子材料，就会发生溶胀作用,气球的表层局部变得特别薄，因此容易被引爆。生活中还有一些常见的相似例子，比如在加油时，都不会使用塑料桶,因为塑料的主要成分也是高分子聚合物，容易与汽油发生溶胀作用。所以,在玩气球时不要吃柑橘类水果,以免发生不必要的危险。
By Nothing
静电场有质量吗？
by Enilyks
A静电场是有质量的，因为静电场有能量，表达式为：
又因为能量和质量是等价的并且可以通过质能方程换算，所以静电场是有质量的。
Ps：静电场蕴含能量多少的表达式可以通过平行板电容器的能量来推导。
By Nothing
微积分是怎样通过无穷个近似值的叠加得到一个精确值的呢？
by TnT
A在积分值存在的情况下，说微积分通过无穷个近似值叠加得到一个精确值不如说微积分通过求极限定义了精确值。以求圆的面积为例：我们知道矩形的面积公式是长乘以宽。但是，圆的面积该怎么算？我们可以把圆切成很多小方块和边缘带弧度的部分，然后用所有小方块的面积之和代表圆的面积近似值。数学上可以证明如果我们将圆切得越来越碎，那么我们得到的面积近似值最终会收敛到一个极限上。这个极限值就是S=pi*r2也就是著名的圆的面积公式。可以看出我们并不先验的知道圆的面积是否存在以及数值是多少，而是通过一系列的操作给出了圆的面积的定义。
By Nothing
为什么雨落下的时候是一滴一滴的，而不是像倒水一样一股水流呢？
by 匿名君
A雨在刚开始就不是水流：水汽在空中凝结，当凝结的足够大的时候就会落下来变成雨。这里所谓的足够大也没有大到像瓢泼一样。即使是有人在高空向下泼水，最终落到地面的也是水滴。一方面，从水的角度看，下落过程中会受到很大的风，这风足以把水吹散。另一方面，先下落的水相对后下落的水做匀速直线运动，也就是说由于两者距离会越来越远最终分离开。这也是自来水管流出的、水柱越往下越细的原因之一。读者朋友明白为什么雨落下来是一滴一滴了吧？
By Nothing
坐在公交车后排，前面很近一根柱子，看司机头顶的电视为什么可以看到全部画面而没有被柱子挡住？
by 青蛙王子
A柱子明明就挡在你和电视的中间，为什么却能看到它后边的画面？也许你会想，莫非是光发生了偏折？也许你脑海中会闪过一个词——衍射？
然而事实却是……
（问题来了，为什么绝对零度不存在？）
并不是因为光路的变化，造成这个现象的原因在于人有两只眼睛！
人的两只眼睛一左一右，这两只眼睛所能看到的画面是不一样的，而人的大脑会对两只眼睛收集到的信号进行处理，最终合为一张图。就好比你看双筒望远镜，两个小圆筒的画面会合成一个大圆筒。你可以做这样一个实验，用你的手指挡住你前方一个小物体或是某个物体的一小部分。然后，闭上你的左眼，很大可能此时你看它的确是被挡住了，这是因为大多数人的主视眼是右眼（因此右眼的近视度数一般比左眼高）。然后，闭上你的右眼，睁开你的左眼，你会发现被挡住的部分用你的左眼是可以看见的。
图像能够“偏移”的程度与你们之间的距离，以及遮挡物距离你眼睛的距离有关，并且还与遮挡物的大小有关。如果挡着的不是一根柱子而是一个体重三位数（单位为KG）的人，那么你就看不到他身后的部分东西了。
当然，如果遮挡物的密度非常非常大，大到成为了一个黑洞，那么光将被引力弯曲，你便能看到它后边的东西了。
对左右眼感兴趣的，可以看看第91期第3个回答。鬼火是怎么回事？| No.91
By Patwf
为什么绝对零度不存在，有最高温度吗？
by 孤夜
A1902年，Richard研究了低温下电池反应ΔG与ΔH随温度T的关系 ，得到了这样一个图：
即ΔG与ΔH有趋于相等的趋势。
随后，能斯特在研究了大量低温下的化学反应后提出了这么一个定理：
即能斯特定理，表明凝聚系的熵在等温过程中的改变随绝对温度趋于零而趋于零。能斯特定理的直接推论是绝对零度时等温线和绝热线重合，这是独立于热力学第一定律、第二定律的新定律。
想要让物体降温，要么就是让它接触比它温度低的物体而将热量传递出去，要么是通过绝热膨胀。而当物体温度接近绝对零度时，想再找一个温度比它低的物体让它来传递热量是行不通的，因此只能通过绝热过程，而可逆绝热过程的效率要比不可逆绝热过程要高。如果能斯特定理成立，则可以通过推导证明不能通过可逆绝热过程使物体达到绝对零度。（对推导感兴趣的读者可以参考苏汝铿《统计物理》）
这便是热力学第三定律的否定形式表示：不可能用有限手续把一个物体冷到绝对零度。
至于最高温度，也就是说温度有没有上限？答案是有的！
现有的理论框架认为不存在比普朗克温度更高的温度，普朗克温度有多高呢？——1.416833(85)X1032K。当温度达到这种程度时，我们现有的物理知识将变得没有意义，而实验上也不可能达到这个温度。现有宇宙学认为在宇宙大爆炸的第一个单位普朗克时间内，温度达到了普朗克温度，在这一时刻，宇宙中只是极高极热极密的能量，没有东西能以物质态存在。
Emmmm，不知道读者们有没有听过一个词——负温度。我们知道绝对零度是0K，负温度从数字上看就是一个比0小的负数。按照常理来看，应该是比绝对零度低的温度，因为负数比0要小，但事实上负温度比任何温度都要高。
是不是觉得话这句话有点匪夷所思，甚至读起来还有点像病句?
关于负温度不是一两句能说清楚的，感兴趣的话可以后台提问~你不问我怎么知道你想知道呢~
By Patwf
薛定谔的猫咪能告诉我们什么道理？
by 中科院狂热粉
A有关薛定谔的喵喵的科学讨论，可以翻阅物理所以前的相关文章，比如第73期第8个问答为什么飞机不会被闪电击落？| No.73（正好是我回答的>o<）
所以这条回答我们不讲物理，只讲道理~
在打开盒子之前我们并不知道猫是死是活，但假如你打开盒子之后发现猫死了，那无论你再怎么花式关盒子、开盒子，猫都只可能是死的。
这就好比你所暗恋的那个人，Ta可能喜欢你，也可能不喜欢你。事实上Ta可能还在纠结、还再犹豫，对你还缺乏安全感。这个时候你坐不住了，你不想再处于叠加态了，想把窗户纸捅破，于是你打开了盒子，结果你惊讶的发现猫咪GG了。当然，也许猫咪只是傲娇的不想理你所以在装睡，就像你会觉得对方可能只是矜持几下，在口是心非。于是你做了一些后续实验，比如把鱼干丢过去，或者戳猫咪几下，然而它还是不动弹，那么便说明你是真的凉了。这便是所谓的表白见光死，所以在你没有很大把握的时候千万不要随便表白！
我们知道，做实验时实验方法是很重要的，虽然实验的结果不确定，但是人为改变实验条件可以在一定程度上对结果进行导向。如果你关猫咪的盒子是真空的，那么我可以自信的告诉你不用开了，你已经GG了，这就是论表白方式的重要性。还有就是换一个衰变率低的粒子，这样释放毒气的概率会下降，猫咪有更大的可能性存活，也就是说别想着让吴亦凡、鹿晗做男朋友了，我们物理所的男孩子就很棒！
By Patwf
波粒二象性是什么呀？
By em
A自人类研究光学以来，对于光的波动性与粒子性的争论就一直在进行，以牛顿为首的科学家认为光是粒子，而以惠更斯为首的科学家则认为光是波。
对于波来说，它不仅有振幅还有相位，由于相位的不同，不同的波叠加在一起并不是简单的振幅相加，而会附带干涉项，而干涉项有正有负。杨氏双缝干涉实验证明了光具有波动性，在随后的很长一段时间内人们便都认为光是波。
赫兹最开始发现了光电效应。按照经典理论，光是波，则入射的光越强光电子的初始动能应该就越大，但事实上如果入射光的波长过长则即便入射强度再强也无法发生光电效应。而如果入射光的波长较短，则即便光照很微弱也会有电子逃逸出来。
爱因斯坦在对光电效应的解释中引入了光量子的概念，认为光是由一个一个的光量子组成的，一个光量子所携带的能量是hv，h为普朗克常量，v为频率。
逃逸电子的初动能 Ek = hv-W0
W0为电子的逸出功。
光电效应证明了光具有粒子性。（顺带一提爱因斯坦获得诺奖并不是因为相对论，而是光电效应）
按照爱因斯坦的质能方程，光子的能量 E = mc2
从光电效应实验中可知光子的能量E=hv
因此mc2 = hv，两边同时除以c，则mc=hv/c=hλ
mc，质量乘以速度，则为光子的动量。因此光子的动量p=hλ
接下来，轮到我们的法国公爵兼德国亲王——德布罗意闪亮登场了。
德布罗意认为不仅电子，微观粒子都具有波动性，其波长等于动量除以普朗克常数，也就是上边那个式子稍微变一下就行了。
即λ=P/h
虽然这个式子变形很简单，但是这一观点确实颠覆性的。不过德布罗意是不怕的，而且还有超级大佬爱因斯坦为他打Call（当然，德布罗意可能还是有点压力的，如果物理界混不下去了他可能就得回家当他的富家子弟了）
所以德布罗意在答辩时的待遇与宣称自己推翻相对论的民科相比那是非常好了。
最终，德布罗意靠着他出色的答辩水平，顺利完成了博士答辩。而这篇博士论文则为他赢得了1929年的诺贝尔物理学奖。
顺带一提，电子的波动性由电子的发现者汤姆孙的儿子发现。
以上是关于历史与背景的介绍。上个世纪量子力学建立的历史确确实实有很多让人津津乐道的故事。
当我们在讨论电子的质量m、电荷量e时，是一份一份的，具有粒子性；而当我们讨论电子在空间的分布时，则是波动性，波函数的模的平方反应的是电子在空间中出现的概率密度，比如电子云反映的是电子在核外分布的概率密度，电子云密的地方电子出现的概率大。举一个经典的实验例子，电子的双缝干涉实验。类似于杨氏的双缝干涉实验，只是将光束换为了电子束。如果有一个电子通过了狭缝并且打到了接收屏上，那么屏上就会有一个亮点，用电子束来做这个实验得到的图案和用光来做实验得到的一样，即明亮相间的条纹。我们知道杨氏双缝干涉实验证明了光具有波动性，因为波是可以发生干涉的，现在用电子来做实验也得到了相同的结果，那说明电子很有可能也具有波动性。将电子束的密度下降，每次几乎只有一个电子射向双缝，因此每次屏幕上便会出现一个亮点，这说明电子是没有劈裂开来的，确实是一个整体，亦即具有粒子性。随着收集电子数量的增多，屏幕上的点将越来越密进而汇聚成图案，所得到的图案仍是明亮相间的条纹，也就是说单个电子就具有波动性。波动性、粒子性都是电子本身所具有的属性，是不可分割的，就好比一个人既有温度又有体重。只关注电子的粒子性或波动性那么对它的认识都是不全面的，必须站在不同的角度，多方面的了解它。
以最近抖音上很火的西安摔碗酒为例，对于把酒捧在手里的人来说，酒是透明的液体，带一点香醇，但此时你要问他喝起来是什么味道他并不能说出来。而在酒划过喉咙的时候，虽然能感受到入口柔、一线喉，但是舌头与喉咙并不能告诉你酒是什么颜色。
酒的色、香、味都是它所具有的属性，只是用不同的方式去“探测”它、做不同的实验，分别得到它不同方面的属性而已。
正所谓男人不只一面，品格始终如一。
By Patwf
本期答题团队：
物理所 Patwf、Nothing
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编辑：X. B. Liu
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