冷知識:為什麼低溫只能達到-273.15,而高溫卻可以達到上億度?
科學常識告訴我們,在自然界,低溫是有限制的,即只能達到-273.15,但是高溫卻沒有什麼限制,甚至能達到上億度,這是為什麼?難道降溫技術要求高,而加熱沒有什麼限制?
要弄清這個道理,先要明白什麼是溫度。我們所理解的溫度和科學定義上溫度是不同的,按照科學來描述溫度,就是指大量粒子能量的一個量。它正比與大量粒子動能的平均值。明白了溫度的定義,那麼我們就能理解動能的最低值就是零。也就是說動能達到最低的極限,但卻沒有上限,可以無限加大。雖然我們認為速度有上限,但是從數學邏輯上看速度接近光速的時候,動能會趨向於無窮大。通俗地講,就是只有具有無限的動能,才會具有高速度。所以我們很容易就可以理解:溫度有下限,但沒有上限。
既然溫度設定有下限,那麼,為什麼就不能設定為零呢?其實,在進行溫度設定時,是把絕對溫度設定為零度的。但我們一般使用的是攝氏溫度,在這個體系下,絕對零度是-273.15攝氏度。其實,這是一個歷史遺留溫度,當初科學家在設定攝氏溫度標時,就只考慮了兩個上下限。把冰水混合物的溫度是0攝氏度,沸水的溫度是100攝氏度。那時的科學家因為認識和精度以及科技水平等問題,根本就沒有考慮溫度的下限問題。
後來,科學家開爾文設定了開氏溫標,對溫度進行了更加準確的科學定義,將0定義為絕對零度。但這之間都只相差了一個常數。而這個差異就是有下限而沒有上限,原因開爾文也指出了,就是動能有下限而沒有上限。絕對零度是一個什麼概念?就是所有的粒子都停止了活動,呈現一片死寂的狀態,也就基本沒有了動能。在宇宙的自然機制中,沒有動能的物質是不存在的,所以,絕對零度是無法達到的。
那麼高溫為什麼可以達到上億度?因為溫度和粒子的動能、勢能有關,而動能和勢能都很難達到一個限定的值。所以,對於最高溫度的設定,就不可能確定一個具體的數額了。溫度雖然看起來簡單,但卻包含著複雜的科學道理,溫度的上限下限,就耗費了無數科學家的心血,才明白了這個道理。