太陽溫度高,然而人類製造的高溫遠高於太陽,溫度有沒有上限?

2020-09-13 閩南大俠

溫度是有下限的,溫度的下限就是-273.15攝氏度,也就是我們通常所說的絕對零度。

溫度是有下限的,溫度的下限就是-273.15攝氏度,也就是我們通常所說的絕對零度。

溫度為什麼會有下限呢?因為溫度的本質就是運動,代表的是微觀粒子熱運動的劇烈程度,換一種通俗的說法來講,就是運動的速度越快,則溫度越高,反而運動速度越慢,則溫度越低。

然而無論微觀粒子運動的速度多麼緩慢,它終究是無法靜止下來的,因為宇宙中並不存在絕對靜止的參考系,所以也就不存在絕對靜止的事物。如果粒子的運動可以停下來,那麼我們也就能夠同時測得粒子的位置以及它的動量,這嚴重違背了量子力學中的不確定性原理。既然粒子的運動永不停止,所以絕對零度也就不可能實現,因為絕對零度就代表了絕對靜止,所以絕對零度也就成為了溫度不可逾越也無法達到的下限。

溫度既然有下限,是不是也存在著上限呢?

很多人認為溫度的上限就是普朗克溫度,也就是1.416833(85)X10∧32K,K表示開爾文,是國際溫標,如果你對這個單位比較陌生,可以將其簡單理解為從絕對零度開始計數的攝氏度。

將普朗克溫度看作是溫度的上限,其實是一種錯誤的理解,或者說是一種不夠準確的理解。普朗克溫度是怎麼來的呢?當一個物體溫度升高的同時,它的輻射波長會相應變短,當物體達到某一溫度時,它的波長會小於普朗克長度,也就是1.6X10∧-35米,此時便失去了物理意義,而這個溫度就被稱之為普朗克溫度。物體的溫度一旦超越了普朗克溫度,便喪失了物理意義,現有的物理理論將全部失效,但這並不意味著普朗克溫度就是理論上的溫度上限。

要尋找理論上的溫度上限,我們還是要回到溫度的本質上來,溫度的本質就是微觀粒子熱運動的劇烈程度。

粒子的運動速度越快,則物體的溫度越高,那麼粒子的運動速度是否有上限呢?有,那就是光速。光速是宇宙間最快的速度,任何有質量的物體都無法達到光速,而大多數微觀粒子都是具有質量的,所以它們永遠也不可能達到光速,如此說來,粒子光速運動所能夠達到的溫度就是溫度的上限了?可以這麼說,只不過這個上限並不像下限那樣是一個確定的數字,對於這個上限只能夠用三個字來表示,那就是「無窮大」。

任何具有靜止質量的物質,隨著速度的增加,質量和動能也會隨之增加,隨著運動速度趨近於光速時,質量和動能將變為無窮大,這也就是光速無法達到的原因。

動能變為無窮大也就意味著物質的溫度變為無窮大,從這個角度上來講,溫度是不存在理論上限的,它的理論上限就是無窮大,只不過當溫度超過普朗克溫度的時候,物質的物理意義也就不復存在了。

在現實之中,自宇宙誕生以來,除了宇宙誕生後的一瞬之間,沒有任何時刻任何物質的溫度可以達到普朗克溫度。那麼現在宇宙間最高的溫度到底是多少呢?在生活中,我們很難接觸到真正的高溫,在我們的常識中,火焰就代表了高溫,但實際上紙張燃燒的溫度也不過200攝氏度而已,就算是燒煤的爐火也不過800度上下。然而在地球之外,高溫的物質比比皆是,遠的不說,就說太陽吧。地球生命所需的全部能量皆來自於太陽,而太陽的溫度有多高呢?

太陽表面的溫度可以達到5500度以上,而在太陽的中心則是1600萬度的高溫。

當然,太陽並不是宇宙中最為熾熱的天體,宇宙中存在著很多比太陽更為巨大且熾熱的恆星,還有著如白矮星或中子星一般緻密的天體,在中子星的中心,溫度甚至超過了10億度。不過這樣的高溫並不足以讓現在的人類感到驚訝,因為人類已經可以製造出更高的溫度。

在實驗室中,人類利用大型強子對撞機可以製造出令中子星也為止震顫的高溫,通過用高能質子猛烈撞擊重原子核,10萬億度的高溫會在這一過程中產生。在如此高溫的環境之下,基本粒子會進一步分解成為夸克,在常溫下,夸克無法獨立存在,但在10萬億度的高溫之下,夸克便不再受到約束,它會形成一種極為緻密的東西,物理學家們將其稱為夸克湯。

溫度為什麼會有下限呢?因為溫度的本質就是運動,代表的是微觀粒子熱運動的劇烈程度,換一種通俗的說法來講,就是運動的速度越快,則溫度越高,反而運動速度越慢,則溫度越低。

然而無論微觀粒子運動的速度多麼緩慢,它終究是無法靜止下來的,因為宇宙中並不存在絕對靜止的參考系,所以也就不存在絕對靜止的事物。如果粒子的運動可以停下來,那麼我們也就能夠同時測得粒子的位置以及它的動量,這嚴重違背了量子力學中的不確定性原理。既然粒子的運動永不停止,所以絕對零度也就不可能實現,因為絕對零度就代表了絕對靜止,所以絕對零度也就成為了溫度不可逾越也無法達到的下限。

溫度既然有下限,是不是也存在著上限呢?

很多人認為溫度的上限就是普朗克溫度,也就是1.416833(85)X10∧32K,K表示開爾文,是國際溫標,如果你對這個單位比較陌生,可以將其簡單理解為從絕對零度開始計數的攝氏度。

將普朗克溫度看作是溫度的上限,其實是一種錯誤的理解,或者說是一種不夠準確的理解。普朗克溫度是怎麼來的呢?當一個物體溫度升高的同時,它的輻射波長會相應變短,當物體達到某一溫度時,它的波長會小於普朗克長度,也就是1.6X10∧-35米,此時便失去了物理意義,而這個溫度就被稱之為普朗克溫度。物體的溫度一旦超越了普朗克溫度,便喪失了物理意義,現有的物理理論將全部失效,但這並不意味著普朗克溫度就是理論上的溫度上限。

要尋找理論上的溫度上限,我們還是要回到溫度的本質上來,溫度的本質就是微觀粒子熱運動的劇烈程度。

粒子的運動速度越快,則物體的溫度越高,那麼粒子的運動速度是否有上限呢?有,那就是光速。光速是宇宙間最快的速度,任何有質量的物體都無法達到光速,而大多數微觀粒子都是具有質量的,所以它們永遠也不可能達到光速,如此說來,粒子光速運動所能夠達到的溫度就是溫度的上限了?可以這麼說,只不過這個上限並不像下限那樣是一個確定的數字,對於這個上限只能夠用三個字來表示,那就是「無窮大」。

任何具有靜止質量的物質,隨著速度的增加,質量和動能也會隨之增加,隨著運動速度趨近於光速時,質量和動能將變為無窮大,這也就是光速無法達到的原因。

動能變為無窮大也就意味著物質的溫度變為無窮大,從這個角度上來講,溫度是不存在理論上限的,它的理論上限就是無窮大,只不過當溫度超過普朗克溫度的時候,物質的物理意義也就不復存在了。

在現實之中,自宇宙誕生以來,除了宇宙誕生後的一瞬之間,沒有任何時刻任何物質的溫度可以達到普朗克溫度。那麼現在宇宙間最高的溫度到底是多少呢?在生活中,我們很難接觸到真正的高溫,在我們的常識中,火焰就代表了高溫,但實際上紙張燃燒的溫度也不過200攝氏度而已,就算是燒煤的爐火也不過800度上下。然而在地球之外,高溫的物質比比皆是,遠的不說,就說太陽吧。地球生命所需的全部能量皆來自於太陽,而太陽的溫度有多高呢?

太陽表面的溫度可以達到5500度以上,而在太陽的中心則是1600萬度的高溫。

當然,太陽並不是宇宙中最為熾熱的天體,宇宙中存在著很多比太陽更為巨大且熾熱的恆星,還有著如白矮星或中子星一般緻密的天體,在中子星的中心,溫度甚至超過了10億度。不過這樣的高溫並不足以讓現在的人類感到驚訝,因為人類已經可以製造出更高的溫度。

在實驗室中,人類利用大型強子對撞機可以製造出令中子星也為止震顫的高溫,通過用高能質子猛烈撞擊重原子核,10萬億度的高溫會在這一過程中產生。在如此高溫的環境之下,基本粒子會進一步分解成為夸克,在常溫下,夸克無法獨立存在,但在10萬億度的高溫之下,夸克便不再受到約束,它會形成一種極為緻密的東西,物理學家們將其稱為夸克湯。

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  • 太陽表面溫度26℃?特別適合人類居住!
    太陽示意圖(圖片來源於網絡)由於太陽的高溫高熱,地球上的人類、生命才得以生存。
  • 照耀我們的太陽溫度有多高,層次結構是怎樣的?
    太陽和所有恆星就是這樣的一種物質狀態。太陽的高溫是由於中心核聚變生成的,其溫度有多種層次。太陽中心是聚變反應區,這個區域佔據了太陽半徑約1/4。太陽半徑為69.6萬公裡,太陽核聚變反應區呈球形佔據了太陽半徑約1/4。太陽質量為1.9891x10^30kg。像太陽這樣質量的恆星,中心溫度並不高,因此要維持核聚變持續不斷的進行,主要依賴巨大的引力壓力。太陽中心溫度約1500萬度,但壓力卻有3000億個地球海平面大氣壓。
  • 太陽的溫度是如何測量的?
    說起溫度,我們基本都能想到可以通過溫度計測量,不過太陽表面的溫度非常高,目前我們人類所能製造出的所有材料在這種溫度下都會發生熔化,更不要說溫度計了。而且太陽距離地球非常遙遠,直接通過工具測量非常的不現實,那麼太陽溫度是如何測量出來的呢。為了測量太陽的溫度,我們需要了解下黑體輻射的概念以及斯特藩-玻爾茲曼定律。