宇宙中,没有绝对静止的物质。因此,任何物质都处于绝对永恒的运动状态。
宏大到天体,微小至粒子,均遵循着这一法则。
对于宏观世界中,存在于气体或者液体中的微小颗粒,它们在组成气/液体的分子热运动碰撞下,做着无规律的,具有随即运动轨迹的布朗运动。
布朗运动 盯着看,一辈子也找不到规律的
由于绝对零度只能是理论温度,因此组成分子的原子永远存在,分子热运动也永远存在。
而固体似乎让人很迷惑,尤其是金属,看上去它是如此坚硬和牢固,完全不能像气/液体一样随意弥漫流淌,那么它又是如何运动的呢?
生活中,最常见的金属是铁块,我们用一台超级显微镜去观察,会发现铁原子在铁块内部非常整齐的有序排列,组成了一个个晶胞结构。铁的晶体呈立方体状,被称为体心立方晶体。无数个晶胞之间通过晶格相连,即组成了我们所见的铁块。
排列整齐的体心立方晶体
原子之间的空隙异常紧密,无法再让原子通过。这使原子在固体中,无法像在气/液体中那样随意穿越。因此,原子只能在原地做非常微小的振动,称为原位振动。
放大1650亿倍的铁原子
我们现在说的是理想晶体,实际上,金属在形成过程中,并不能达到理想晶体的状态。在它的形成过程中,不可避免的总会形成一些缺陷,这种缺陷被称为空位。顾名思义,空位让原本应该被金属原子占据的地方空了出来。
有空位,就会产生原子扩散,这种扩散,是由热能激发的原子迁移现象,温度越高,原子打破势垒穿越的几率就越大,扩散也就越快。这个扩散,也同样是一种无规则的运动。
晶体空位的随机迁移
在我们的高中课程中,老师会带我们做一个实验:
将两种表面非常光滑的金属紧紧的压在一起,那么足够长的时间后,它们会相互朝着对方扩散。为快速观察现象的产生,我们还可以给它们施加一定的温度,让原子的运动频率更高。因为这个过程,分子需要能量来转化为动能,也就需要从外界吸收热量。
由于两种金属的扩散速度并不相同,扩散快的金属会失去更多原子,从而在其表面留下许多孔洞,看上去,如果被虫蛀一般。这种现象被称为柯肯达尔效应。
孔洞
运动如此,永恒存在。
那么绝对零度下,运动是否存在呢?依然存在,绝对零度是一个理论上的极限低温,它只能无限接近而永远不可能达到。即便设定一个理想空间,自开始即无任何能量和热量,达到了绝对零度,因为不确定原理决定了粒子在绝对零度依然会振动,这就决定了达到绝对零度的瞬时,即被运动打破。
绝对零度的图片,那是不可能找到的
并且空间具有巨大的本底能量,它瞬时产生和湮灭的正反虚光子对和电子对也让绝对零度处于一个永远不能达到的理论状态。
因此,在我们这个宇宙中,绝对静止的状态,无法存在。