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關於最低溫度約為-273.15℃,這其實是一個人為定義的數值。
低溫的極限——絕對零度
熱力學裡所使用的是絕對溫標,溫度的單位是K(開爾文) ,它定義了最低的溫度為絕對零度,即0K(零開爾文,不是英文單詞OK……),對應我們日常使用的攝氏溫度約為-273.15℃。
所以題目裡說的-273.15度其實指的就是熱力學裡的絕對零度,熱力學是研究物質熱運動的一門物理分支科學,在熱力學裡把分子沒有動能也沒有勢能,動勢能為0時定義為絕對溫標的零點。在絕對零度下分子沒有熱運動。
雖然絕對溫度的零度相當於攝氏溫度的-273.15度,看起來完全是兩個標準,但其實它們的溫度增減是一樣的,沒有差異,也就是絕對溫度增加1度,攝氏溫度也增加1度,兩者的數值變化完全是同步的。所其實絕對溫度就是參照攝氏溫度來定義,只是把零點換成了絕對意義的0度。既然絕對零度就是熱力學定義出來的物理最低溫度,因此物理世界就不可能有比它更低的溫度了。
那麼作為絕對溫標的參照的攝氏溫標又是怎樣定義的呢?這個估計很多同學都知道了,就是按照水的狀態變化來定義的:在1大氣壓下,冰水混合物的溫度作為0度,沸騰時的溫度為100度,然後就上水銀汞柱,把0度時的汞柱高度到100時的汞柱高度之間平分100份作為標記,這樣水銀汞柱每上升1格就相當於上升1度。由於冰水混合物時,溫度依然能下降,下降的溫度就按照前面標記的標準進行計算就對了,即汞柱每下降1格就是下降1度。
你現在可以看出來了,所謂的最低溫度-273.15度完全是人為定義出來的。
高溫的極限——普朗克溫度
至於最高溫度,其實也是有上限的,物理上稱為普朗克溫度。喜歡看科普的人對普朗克xx都不會陌生,諸如普朗克常數、普朗克長度、普朗克時間等等,都是經常出現在各種科普作品裡的,但你可能會奇怪它們全是一些代表很小很小尺度的數,但討論極限溫度不應該是很大很大的嗎?你來個普朗克溫度是什麼鬼?
其實它的定義也是很小很小的,普朗克溫度的定義是:宇宙大爆炸後1普朗克時間時宇宙的溫度。理論上沒有比這更高的溫度了,宇宙誕生後1普朗克時間時,宇宙處在可測量宇宙的最小尺度,我們知道,當把物質壓縮,它的溫度就會上升,而當宇宙所有的物質能量均集中在一個可測量極限的最小空間裡時,它的溫度就達到了最高,我們不可能製造比那時更高的溫度了。根據計算,普朗克溫度大約是1.416833(85)×10^32 K。這就是我們宇宙的溫度上限。