2020年4月2日,位於合肥的東方超環可控核聚變實驗裝置首次實現了一億攝氏度情況下穩定運行10秒,這一成就意味著人類文明距離成功實現,可控核聚變又進了一步,但目前人造最高溫度並不是1億攝氏度。
而是2012年時,高能物理學家們用加速器生成的5.5萬億攝氏度。
居然能產生這麼大的溫度。今天無意中聽到這一話題,然後就在想,最高溫度居然可以這麼高,那麼最低溫度呢?帶著這樣的疑問,我在西瓜視頻上找到了答案,我們來聽聽西瓜視頻創作人是怎麼說的。
在物理學中溫度是粒子運動速度的外在表現,並不是宏觀意義上感覺到的溫度,正因如此,加速器中的單個粒子才能達到5.5萬億攝氏度的超高溫,而不對宏觀世界產生影響。
相比人類在創造高溫方向的大踏步前進,創造低溫的路則要短得多。因此,在我們的宇宙中最低溫度就是零下273.15攝氏度,這叫絕對0度。
-273.15和5.5萬億,這兩個數字看上去後者似乎比前者更難,但在物理學中前者就好像光速一樣,你只能無限接近它,但永遠不可能達到它。
這個問題涉及到溫度的本質,前面我們說過,溫度是因為粒子運動才出現的,所以說只要有粒子運動就有溫度隨之產生,因此想要實現絕對零度,首先就要讓所有的粒子停止運動,但量子力學中有一個不確定性原理,大意是說類似核外電子這樣的微觀粒子是無法被同時確定位置和動量的,科學家們只能用概率來描述他們。
在任何物質都由原子組成,原子又由電子和原子核組成的情況下,無法定位電子,就無從「休止」電子,因此電子就會無休止的運動下去,而運動就會帶來熱量,儘管這種熱量極其微弱,但確確實實阻止了絕對零度的出現。
目前物理學家在實驗室用雷射製冷生成過0.5納凱爾文的低溫,僅比絕對0度高1/21k儘管距離絕對零度以如此之近,但物理學家們明白自己不可能到達絕對零度,就像存在靜止質量的物體無法達到功夫一樣。
在量子力學禁止人類生成絕對零度的同時,相對論也禁止人類生成最高溫度。
如果說絕對零度就是粒子的絕對靜止,那麼最高溫度就是粒子運動速度的上限,也就是光速,但微觀粒子中除了光子,其餘都是存在靜止質量的,所以他們都無法達到光速。這樣一來最高溫度的實質表現就是粒子無限接近光速,而無限很明顯是沒有盡頭的,所以最高溫度也沒有盡頭。
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