溫度能否低至零下1000度?地球在這種溫度下會怎樣?

2020-12-03 火星科普

首先,地球上不可能出現零下一千攝氏度的低溫,就連宇宙中也不會出現這麼低的溫度。因為最低溫度只有-273.15 ℃,而且這還是無法達到的極限溫度——絕對零度。那麼,為什麼溫度會有下限?為什麼下限是-273.15 ℃,而不是-1000 ℃,或者更低的溫度?

在宏觀上,溫度用於表徵一個物體有多熱。從微觀上來講,物體之所以有溫度,是因為組成物體的原子、離子和分子一直在做永不停歇的熱運動。因此,溫度本質上表徵了微觀粒子的熱運動有多劇烈。

粒子熱運動越不劇烈,產生的熱量越少,溫度就越低。粒子熱運動的劇烈程度下限是完全停止,這時對應的溫度就是絕對零度。根據理想氣體的查理定律或者蓋-呂薩克定律,可以推導出絕對零度為-273.15 ℃。在熱力學中,絕對零度被定義為0 K。

絕對零度是間接得到的,而非直接測出這個溫度,因為絕對零度是不可能達到的溫度,這又是為什麼呢?

原因就在於粒子始終會有熱運動,而不會完全靜止。無論根據相對論,還是量子力學,最終都會得出這樣的結論。從相對論的角度來看,宇宙中的一切物體都在運動,靜止只是相對的,因為絕對靜止參照系是不存在的。從量子力學的角度來看,粒子的熱運動停下來之後,粒子的動量和位置都變成確定的,這與不確定性原理相違背。

因此,無論是在地球上,還是在宇宙中的其他地方,溫度都不可能被降低到-273.15 ℃。目前,地球的平均溫度約為14.9 ℃,宇宙的平均溫度約為-270.42 ℃(比絕對零度高了2.73度)。人類製造出的最低溫度僅為-273.1499999999 ℃,但仍然高於絕對零度。

如果地球的溫度降到絕對零度邊緣,整個地球將會被完全冰凍。事實上,不用那麼低的溫度,整個地球也能被凍住。一系列證據表明,地球曾經兩度被凍成雪球地球。

第一次發生在距今23億年前,當時的大氧化事件導致大氣中的溫室氣體大幅度減少,最終使溫度驟降。第二次發生在距今7億年前,當時地球上的所有大陸合成一塊超大陸——羅迪尼亞超大陸,冰川在這塊大陸上肆意延伸,最終覆蓋了整個地球。

據估計,在雪球地球的狀態下,整個地球的平均溫度低至-50 ℃。在這種極端嚴寒的環境中,只有深海熱泉等特殊的地方才能讓生命延續下去。

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