宇宙中溫度的本質是什麼?溫度有下限,溫度有沒有上限呢?

2020-12-03 會思考的宇宙塵埃

溫度是衡量物體冷熱程度的一個指標,從微觀上來講,就是物體內部分子運動的劇烈程度,溫度高,運動就劇烈,溫度低分子運動就緩慢。人也擁有溫度的屬性,人類的平均溫度在37攝氏度左右,適宜人類生存的溫度大約時15攝氏度。當然,人類也可以在一定範圍內改變溫度,比如將水加熱或者將水冷凍。那麼,宇宙中大的溫度是否有極限呢?

溫度的下限

我們在上學的時候,就聽說過絕對零度的概念,絕對零度是宇宙中最低的溫度,也就是溫度的下限,它的溫度是零下273.15度,宇宙中的物體都不可能低於這個溫度,低於這個溫度,物質的分子也會停止運動。

攝氏溫度是全球通用的溫度計量方式,它規定冰水混合物的溫度為0度,水沸騰的溫度為99.974度,然後通過這兩個尺度對氣體溫度進行分類,而開爾文溫度則是以絕對零度來開始計算,開爾文溫度用拉丁字母T來表示,單位是開爾文(k),攝氏溫度和開爾文溫度的換算通常是T=t+273.15(用t來表示攝氏溫度)。

實驗室造出最低溫度

絕對溫度是宇宙中最低的溫度,那麼人類是否能製造出來呢?

2003年的時候,美國麻省理工學院和NASA合作,成功製造出了0.5納開爾文的低溫,1納開爾文是十億分之一的1開爾文,這個數據已經是無限接近絕對零度了。

那麼,實驗室是如何做到的?我們知道物體溫度下降的過程就是一個釋放能量的過程,反之,當向一個物體不斷獲取能量,那麼這個物體的溫度就會降低。利用這個原理,科學家將原子內的能量獲取,原子速度變慢,溫度也降低了。

超低溫的奇妙世界

我們使用頻率最高的物品之一就是手機,手機說明書中也會規定一個適宜使用的溫度,超過這個溫度的範圍,手機中的某些元件就無法工作或者工作不穩定,我們經常看到的一些物體在超低溫的環境中,也會呈現出不同的情景。

比如:包圍著我們的空氣,在零下190度的時候,竟然成為了淺藍色的液體,充滿著夢幻的感覺,雞蛋放在空氣的液體中,竟然會發螢光。

金屬和空氣一樣,也會產生和常溫下大相逕庭的表現:鉛在常溫下是一種柔軟的金屬,但是,到了超低溫環境下,卻富有彈性。金屬錫在常溫下是一種閃閃發光的金屬,但是,在超低溫下,卻成為了一團粉末。當然,並非所有的金屬在不同的溫度下性質不同,比如銅,在常溫和抄底下都可以保持很好的韌性。

最高溫的上限

說完了最低溫度,那麼最高的溫度是多少?有極限嗎?這還要從宇宙的誕生說起

關於宇宙的起源,科學家有一個假說是宇宙大爆炸,宇宙的最初是一個沒有體積的奇點,當這個奇點開始爆炸後,宇宙不斷膨脹,經過140億年後,便形成了我們現在的宇宙。

而宇宙最高的溫度便是宇宙爆炸的那一瞬間。這個溫度被稱為普朗克溫度,如果用數字來表示的話,足足有33位數,約為1.416833乘以十的33次方。但是,宇宙大爆炸的時候,宇宙才剛剛產生,根本無法測量的,普朗克溫度只是一個估計的結果。這個數字可能都不足以表示那一刻的溫度,畢竟這個溫度是宇宙中所有能量的爆發,是所有宇宙的能量的集合。

普朗克溫度也只存在了一瞬間,隨著大爆炸之後,宇宙開始不斷膨脹,從大爆炸之前的一個奇點也膨脹到了現在可觀測宇宙的930億光年,溫度也不斷降低,最終,形成了現在的溫度。

普朗克溫度是宇宙溫度的上限,但是,這個溫度也只存在了一瞬間,未來也不會有這樣的溫度。最熱的恆星內部的溫度是十億攝氏度,人類可以製造出的最熱的溫度是35億攝氏度。

總結

雖然,人類雖然找到了溫度的上限和下限,但是,對於溫度的認識,還需要更多的路要走,比如:超導現象,在超低溫的環境下,某些金屬會失去電阻!據統計,人類發的電,大概有四分之一都要損耗在路上,如果,大規模超導金屬可以運用,對人類的好處是很多的,同時,超導也會對計算機晶片的速度和功耗具有一定的提升作用,超導也可能會成為計算機晶片的突破點。對溫度尤其是超低溫的研究,對人類的科技發展將會產生巨大的作用。

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    溫度,是我們再熟悉不過的物理學概念。我們都知道,水沸騰的溫度是100攝氏度,到0攝氏度的時候,水就會結冰。每一天我們都在根據溫度的變化決定穿什麼衣服。然而許多人可能不知道,溫度有下限,但是沒有上限。物理學家確定的溫度下限就是絕對零度,也就是零下273.15攝氏度,而宇宙中的恆星溫度可以達到上百萬攝氏度甚至上億攝氏度。
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    溫度,是我們再熟悉不過的物理學概念。我們都知道,水沸騰的溫度是100攝氏度,到0攝氏度的時候,水就會結冰。每一天我們都在根據溫度的變化決定穿什麼衣服。然而許多人可能不知道,溫度有下限,但是沒有上限。物理學家確定的溫度下限就是絕對零度,也就是零下273.15攝氏度,而宇宙中的恆星溫度可以達到上百萬攝氏度甚至上億攝氏度。這究竟是為什麼呢?要解釋這個問題,我們先要了解一下溫度在物理學的含義。在經典的物理學理論中,溫度指的就是物質內部粒子熱運動的程度,粒子運動越快,溫度也就越高。這幾乎等同於我們對速度的概念。
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    我們可以簡單的理解為,當物體內部所有粒子的運動都停止了,就達到了所謂的「絕對零度」,也就是熱學力中定義的 0 開爾文(K),0K 約為 -273.15 攝氏度。顯而易見的,絕對零度就是溫度的下限,因為只有所有的粒子都「不動」了,才可以達到這個溫度,在這種狀態下,任何能量的擾動都可能使粒子重新開始運動,從而導致溫度上升。
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