夏天的時候40攝氏度的高溫就能夠讓我們熱得不敢出門,4萬億攝氏度是什麼概念我們可能根本想不出來。為了幫助大家理解,我們先要理解溫度的概念。在宏觀上,溫度是一個表示冷熱程度的物理量,在微觀上溫度則是用來形容粒子的運動劇烈程度。這意味著微觀粒子的運動越劇烈,其宏觀體現出的溫度就越高。
所以我們可以這麼說,溫度是微觀粒子運動的宏觀體現。假如微觀粒子完全停止運動,娜美就會達到理想狀態的絕對零度,但是根據量子力學的測不準原理,我們知道絕對零度永遠無法達到。人們通過實驗測定出了理想氣體的熱膨脹率約為1/273.15,這意味著絕對零度用攝氏度表示就是-273.15攝氏度。
絕對零度雖然我們永遠都做不到,但是我們知道它是多少,可是你知道溫度的上限嗎?你知道世界上最高的溫度應該是多少嗎?我們不知道,人類在實驗室中已經突破了一個又一個高溫,這讓很多人產生了這樣的錯覺,溫度是不存在上限的。在理論上,由於相對論的光速不變原理,在一定壓力下,當粒子的運動速度接近光速時,能量將趨近於無窮大,這時的溫度也是無窮大大,但是這真的是對的嗎?
為了繼續幫助大家理解,我們接下來列舉一些生活中常見的溫度:
室內,20-25攝氏度。
洗澡水,35-39攝氏度。
飯菜,45-60攝氏度。
這時都是我們平常的生活體驗,也是我們最常接觸到的溫度,那我們平時接觸不到的溫度呢?太陽的表面溫度約為6000攝氏度,日冕層就高達100萬攝氏度,中心溫度更是達到了驚人的數千萬度,這個環境為核聚變的發生提供了必要的條件之一。
大家知道我們的氫彈需要上億度的高溫才能爆炸,比太陽核心又高了上十倍,這是因為我們的無法人工製造出太陽內部的巨大壓力環境,只能在溫度上下功夫。因此想要引爆氫彈很難,我們必須先製造出一顆原子彈來作為氫彈的引爆裝置,原子彈爆炸時的中心溫度就會引爆氫彈了。
這是上億度的高溫,已經很恐怖了,可是距離4萬億攝氏度還差好幾萬倍,好了那我們努力繼續搞。於是人造太陽裝置出現了,這個玩意是用來研究可控核聚變的,比如我國的EAST託卡馬克裝置,這裡面的溫度能夠輕易地超過原子彈爆炸的中心。
在1994年的時候,美國的新澤西普林斯頓等離子物理實驗室就利用這個託卡馬克裝置在進行核聚變實驗創時造出了5.1億攝氏度的高溫。這比太陽的中心溫度高了好幾十倍,比原子彈爆炸中心高了好幾倍,你以為這就到頭了,遠遠沒有,更高的溫度等著我們。
人類還有高科技設備,那就是相對論重離子加速器,2010年的時候,美國紐約長島的布魯柯黑文國家實驗室就利用這個設備創造出了4萬億度的高溫,為此科研人員將兩束金離子束各自加速到近光速後對撞,真的很不容易。不僅如此,在2012年的時候更是傳出了創造出5.5萬億攝氏度的高溫,這是迄今為止人類創造出來的極限高溫。
這臺儀器實在是太厲害,有的專家甚至警告這臺對撞機能製造出迷你黑洞和奇異物質,或毀滅世界。是不是真的我們不知道,但是實驗還是要繼續做的。
4萬億的高溫下物質是什麼樣子呢?這時候已經不能稱之為物質了,就連分子,原子也不存在了,質子中子也沒有了,科學家認為在這種溫度下,存在的只能是一些由夸克和膠子組成的等離子體甚至流體了。那這些物質在哪裡有呢?宇宙大爆炸開始的瞬間才有這些玩意。那你可能就要問了,這麼高的溫度,我們怎麼測量,實驗設備怎麼沒壞?
這個溫度是間接計算出來的,根本不可能直接測量,至於實驗設備為什麼沒有被高溫損壞掉,這裡就需要和大家解釋下溫度與熱的區別了。舉個例子,洗澡的時候,40度的水洗起來很舒服,但是50-60度泡澡就會感覺很燙,但是你去桑拿房汗蒸時溫度開到80攝氏度你也受得了,這是為啥呢?這裡我們就明顯的高覺到樂有些地方明明溫度很高但是卻沒那麼熱。
這裡要知道,溫度是粒子平均運動劇烈程度的體現,你只有兩個粒子,平均動能真的很高,但是粒子的數量真的實在是太少了,這就是典型的溫度高但是不熱的情況,溫度與熱不是一回事,所以4萬億℃高溫只是粒子平均動能極高的體現的概念,但是只有個位數的粒子。
其實宇宙目前出現過的最高溫度發生在宇宙也大爆炸一個普朗克時間之後,這時的宇宙溫度約為1.416833(85)×10^32K,科學家稱之為一個普朗克溫度。