反直覺的物理現象!特殊情況下,1000度高溫人體感覺並不熱

2020-12-05 科羅萬象

2018年8月,美國的帕克太陽探測器發射成功,這是人類最接近太陽的時刻,距離太陽表面最近只有620萬公裡。有讀者查閱數據後,發現了一個詭異的現象,太陽表面620萬公裡的範圍屬於太陽的日冕層,這裡的溫度要超過100萬攝氏度,而人類目前已知熔點最高的物質是「五碳化四鉭鉿」(Ta4HfC5),熔點為4215℃,4000多熔點如何抵抗住100萬攝氏度高溫?

實際上,帕克探測器的隔熱罩身處100萬攝氏度的高溫下,但自身的體感溫度只會被加熱到1370攝氏度。這表明,儀器測量的溫度高達100萬攝氏度,而「真實」溫度只有1000多攝氏度。

假如你身處太空某處,用儀器測量了外界溫度有800℃,可能實際上外界的體感溫度只有不到10℃,也就是說你會在800℃的測量溫度下感覺到寒冷,為何會有這種反直覺的物理現象?

這還要從溫度的本質說起,溫度是大量微觀粒子運動的平均動能,而體感溫度則是人體感受到的冷熱程度再轉換成的溫度,兩者有非常大的區別。日常生活中,儀器測量的溫度和體感溫度基本一致,但到了太空中就有可能發生儀器測量溫度800攝氏度,人體感覺到的溫度只有10℃這種情況。這是因為溫度代表微觀粒子平均動能,它只能代表「平均」能量,而無法代表總能量,如果微粒的平均動能大,那麼溫度肯定會更高,但如果微粒的數量很少,那麼體感溫度就會低,這就是這種反直覺現象產生的原因了。

打個通俗易懂的比方,大家都試過桑拿,幹蒸的桑拿房溫度可以達到80℃,再燒一壺80℃的水進行對比,毫無疑問兩者溫度相同,你會被水燙傷而不會被桑拿房燙傷。因為一壺水的總能量更大,而幹蒸桑拿房裡的水蒸氣總能量更小。我們經常看見電焊工工作時,火星四濺,這個火星溫度超過1000℃,但由於單個小火星總能量低,所以觸碰到人體皮膚並不會引起嚴重事故,但如果把單個小火星換成是同溫度的巖漿,巖漿飛濺到人身上早就是嚴重燙傷了。回頭再看,1000攝氏度的高溫下,人體感覺並不熱也就合情合理了。

地球上空80公裡到800公裡範圍內的熱層,這裡的溫度能夠超過1000攝氏度,但由於空氣稀薄,因此微粒較少,這個1000攝氏度實際上只是非常「虛」的數字而已,人體並不會感覺到熱。許多科學報導都對天體溫度進行描述,動輒就是幾千萬,上億的溫度,真實的體感溫度並非我們想像的那麼恐怖。

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