5.5萬億攝氏度的溫度是什麼樣的概念?人類能實現這樣的溫度嗎?

2021-01-08 探索浩瀚星空

2020年不知不覺已經走到了五有中旬,很快就要進入六月了。每年等到時節到了六月之後,人類就要迎來一年之中最難熬的一段時間,因為這個時候地球的溫度達到了全年最高,是一個非常熱的季節。根據近年來全球氣溫的不斷提升,到了高溫季的時候,普通的溫度都在40攝氏度以上,少數地區達到了50多攝氏度。

如此高的溫度讓地表成為了烤爐,人們在這樣的高溫環境中行走那是一種煎熬,所以這個時候白天的時候,很多人都躲在家裡,吹著空調避暑,等到晚到到來之後再出來活動。有人調侃說:夏季的時候,人類都成為了夜間活動的生物。

對於人類來說,40,50攝氏度的高溫已經讓我們熱得受不了,不敢出門。可是在物理世界裡,這樣的溫度根本不算什麼。在人類走進科技時代之後,見識到了很多的超高溫度,比如太陽表面的溫度達到了6000攝氏度,太陽中心的溫度更是達到了數千萬攝氏度。而地球內部的溫度也能夠達到數千攝氏度。

那麼這樣的溫度就算高嗎?其實它們也不算高,氫彈爆炸中心的溫度可達到上億攝氏度。曾經有人認為,溫度有下限值而沒有上限值,那麼這個認知是否正確呢?之所以人們認為溫度有下限值而沒有上限值,那是因為溫度從微觀的角度來看,是粒子熱運動的一種體現。

粒子的運動越劇烈,溫度就越高,反之粒子的運動越弱,溫度就越低。而粒子的運動理論上有一個極限,那就是完全停止運動,這個時候,溫度就達到了理論上的下限值,即絕對零度,數值是-273.15攝氏度。根據量子力學的不確定性原理,粒子是不可能完全停止的,所以絕對零度也只是一個可望而不可及的溫度。

那麼粒子的運動劇烈程度有上限嗎?答案是肯定的,根據愛因斯坦相對論,物體的速度極限是光速,粒子的運動速度也不可能超載光速,所以從理論上來講,溫度也是有上限的,那麼這個上限值是多少呢?科學家通過研究認為,宇宙中最高的溫度應該是大爆炸的那一刻,也被稱之為普朗克溫度,數值達到了1億億億億攝氏度,這個數字足有33位數之多。可見這是一個多麼可怕的溫度。

當然,這樣的溫度只在宇宙大爆炸的那一刻存在,現實宇宙中不可能有這樣的高溫存在,那麼人類現在能夠實現的溫度最高能夠達到多少?可能有人會說了,人類一直在研究可控核聚變技術,而核聚變要實現,它的溫度就要達到上億攝氏度,所以很多人認為,現在人類能夠實現的溫度就是上億攝氏度。

那麼事實真的如此嗎?其實很多人也太小瞧人類的潛力,小瞧科技的強大力量了。事實上,科學家早在1994年就在物理實驗室中創造出了5.1億攝氏度的高溫,到了2010年的時候,美國紐約長島的布魯柯黑文國家實驗室利用相對論重離子加速順創造出了4萬億攝氏度的高溫。

這個溫度還不是人類創造的極限,到了2012年,科學家又在實驗室中創造出了5.5萬億攝氏度的高溫。這是多麼恐怖的一個溫度,我們完全無法想像這樣的高溫是一個什麼樣的概念?可能有人看到這裡會產生這樣一個疑問:5.5萬億的溫度,什麼樣的設備材料能夠承受住?要知道人類現在的可控核聚變研究,能夠承受一億度高溫的材料都沒有,如果有的話,可控核聚變可能已經初步實現了。

其實很多人會產生這樣的疑問,主要還是對溫度的奧秘沒有根本的了解。溫度和熱是兩個概念,它們有著巨大的差別,溫度高並不代表著我們就會感覺到熱。前面我們說了,溫度是粒子熱運動劇烈程度的宏觀表現,如果一個空間內沒有粒子,即使這個空間的溫度再高,也不會呈現出熱的表現,你生存在這樣的空間中,就不會感覺到熱。

最明顯的地方就是太空,太空基本處於真空狀態,雖然太陽的存在和宇宙背景輻射會讓溫度呈現非常高或非常低的狀態,可是由於宇宙空間的粒子分布非常廣,於是太空人穿上太空衣就不會感到非常熱跟非常冷。科學家在實驗室實現的5.5萬億高溫,其實是通過間接的方式計算出來的。

之所以有容器能夠承受如此高的溫度,主要是因為容器內的粒子數量實在是太少了,在一個實驗環境中,只有一兩個粒子存在,這個時候即使溫度達到了5.5萬億攝氏度,可是熱量卻無法體現出來。同有了熱量自然也就無法損壞設備。

通過這個實驗,我們也看到了人類科技實力的強大。只要給人類更多的時間,未來我們還會在實驗室創造出更高的溫度。而這很些超高溫對於人類的作用和幫助是非常巨大的,溫度本身就是一種強大的能量。

可是現在的困境是,我們沒有能夠承受這樣高溫的設備,即使創造出了數萬億度的高溫,也無法進入現實應用。可見,材料學對於人類有多麼重要。可惜,近百年來,人類在材料研究創新方向還是比較落後的,沒有先進的實力生產出非常強大的耐高溫材料。

當然,要實現能夠承受5.5萬億的高溫材料,那人類想要做到恐怕會非常困難,需要的時間也會很漫長。所以,數萬億度的高溫目前也只能在實驗室中看一看了,現實生活中還無法讓它們出來活動。而如此高的溫度,對於未來的人類來說,自然是有巨大好處的。

我們都知道愛因斯坦的質能方程式,這個方程式告訴我們物體和能量是可以相互轉化的。人們日常生活中之所以只能夠看到物質轉化為能量的過程卻看不到能量轉化為物質的情景。出現這種情況有很多的原因,其中最重要的一個原因那就是溫度不夠。

如果溫度足夠高之後,憑空創造萬物也不是不可能做到的事情。宇宙大爆炸瞬間產生的1億億億億度高溫創造出了宇宙需要的基本物質,而隨著人類文明的快速發展,未來或許我們也可以人為去創造一次奇點大爆炸,從而誕生一個新的宇宙。

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