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1 # 新理念v風雨同路
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2 # 轉角的咖啡香
這是一個很有科普知識的提問!
相信有很多小夥伴會有這樣的疑問:那是認為宇宙中最高的溫度是無限的?而最底溫度卻僅僅接近於-273.15℃。
物理學家認為,最高的溫度是普朗克溫度,這是物理理論上可能存在的最高溫度。(注:普朗克溫度以德國物理學家馬克斯.普朗克命名,是溫度的單位,它是自然單位系統中普朗克單位,並且是代表著量子力學中的一個基礎極限的普朗克單位。)而這一溫度它約為1.41679X30^32K,大概是1.4億億億億攝氏度左右,嗯~感覺這溫度我無法想象,呵呵!
宇宙中最低溫度是絕對零度(只是理論上的下限值),也就是接近-273.15℃,因為宇宙中曾經達到過最高的溫度是普朗克溫度,就是那個1.4億億億億度,而沒有達到過最低的絕對零度。宇宙大爆炸是被廣泛認同的天文物理學的理論,它也是有星體紅移現象和宇宙微波背景輻射等天文觀測證據支援的;在量子物理力學中,這個溫度就稱為普朗克溫度,也就是光子的普朗克溫度就是宇宙中的最高溫度,指的是“宇宙大爆炸的第一個瞬間溫度”!
按照麥克斯韋.玻爾茲曼分佈,我們已經知道溫度的本質,就是微觀粒子運動程度的體現,微觀粒子運動越劇烈,在宏觀上的表現就是溫度越高。比如為什麼開水會讓你的手感到很燙?那是因為開水內的水份子劇烈運動,當你的手觸碰到這些劇烈的分子後,就會吸收它們的能量(動能),導致手中的分子運動程度增大,並且刺激到神經然後感受到了燙。
那麼最低溫度在理論上就是把微觀粒子的運動程度降低到最低,就是沒有物質運動沒有輻射的地方,這就是理論上的“絕對零度“!不過宇宙中並不存在這樣的地方,因為宇宙空間本來就充滿著各種電磁波,即使是再黑暗的地方,或多或少還殘留著電磁波的,(注:電磁波是我們宇宙最廣泛存在的一種輻射波)電磁波就具有能量,這些能量就是溫度的體現。如果宇宙中存在某一空間,並且完全真空,不存在任何光子(光子是電磁波的載體),那麼這一空間的溫度就是絕對零度嗎?答案當然不是的,因為宇宙真空還存在迪拉克之海,也就是說真空不斷產生正反粒子對,並迅速湮滅,這就導致真空並不空,依舊存在著物質的運動。簡單說就是真空中佈滿了最低能量,也就是負能量的電子,形成了所謂負能量的粒子海(迪拉克之海),儘管這些粒子是不可觀察的,但它們決不是虛幻的,如果有足夠的能量就可以形成;那裡有物質,哪裡就有狄拉克之海,而我們的宇宙就好像漂浮在這個大海的表面上!
除此之外,在普朗克長度級別上,時空並不平滑且存在量子泡沫,並伴隨著能量的改變而改變,沒有哪一片真空區域完全脫離物質的存在,所以實際上,真實世界的最低溫度只能無限接近”絕對零度“(-273.15),而不能達到這一數值。我們都知道物質都是波粒二象性的,當然這也包括宏觀物體,只不過在宏觀世界極其不顯著罷了,按照理論物質溫度越低,其物質波的波長就越長,物質就更傾向於波而遠離粒子性,如果物質的溫度不斷降低,那麼粒子間的物質波就可以長到大部份都重疊了,這時候物質的粒子性就慢慢遠離,粒子性不斷的消退,意味著物質的運動程度越慢越低,物質的最底運動程度就是波粒二象性完全變成波而失去了粒子性,但這是不可能實現的,就相當於往一個體積無限大的盤中先放入一升水,並滴入一滴墨水,起初墨水的濃度還是比較顯著的,可是隨著不斷往水盤中加水,只會導致墨水濃度越來越低,墨的存在基本就察著不到了,但是墨水始終還在,就好像物質的粒子性,隨著波長的增長而很難觀察到,但這不代表這盤水的墨水濃度為0,同理,物質波長很長,不代表粒子性就沒有了,所以,絕對零度是達不到的!
目前,人類能製造最高溫度是5.1億攝氏度,大約比太陽的中心熱30倍,該溫度是美國紐澤西州普林斯頓等離子物理實驗室中的”託卡馬克核聚變反應堆“,利用氘和氚的等離子混合體創造出來的!這溫度和普朗克溫度相比,真的不算什麼了!
尾圖:狄拉克之海
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3 # 模糊黃金紅
非常好的問題,溫度的本質是粒子熱運動(不僅僅是分子):
先了解宇宙的基本佈局:一個泡泡(真空團)就是一個視界宇宙,人類居住的一個泡泡直徑約920億光年,泡泡外就是宇宙大空洞(由純引力子填充,也叫狄拉克負能量海)。
空洞就是宇宙的冷極,空洞中連一個光子都沒有,所以溫度總是-273.15C°。
高溫也不是無限的,受狹義相對論限制,即任何有質量物體或粒子的運動速度不能超過光速,只是這個限制地球人觀察不到而已。
以上冷極就是靜極(黑洞),後者熱極就是動極(白洞)。
河圖表徵銀河系的空間佈局。
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4 # 優美生態環境保衛者
為什麼高溫無限而低溫最低是-273.15℃?
事實上無論是高溫和低溫,在現有認知體系下,都不是無限的,都具有一個明確的限值,表明在一個極端特殊又不可超越的前提下所能體現出來的溫度值。
溫度的本質溫度和時間一樣,都是人們為了衡量客觀事件存在某種特殊屬性所創造出來的一個物理量。從溫度來看,它是人們用來表徵物體組成微觀粒子平均動能的物理量。由於組成物體的微觀粒子,無論是分子、原子,還是更微觀的中子和質子,它們無時無刻不在做著無規則的熱運動,表現為三種基本的形式:振動、摩擦和碰撞。溫度越高,那麼微觀粒子運動的速率就會加快、頻率就會越高、平均動能也就越大,在外觀的表現上就體現出溫度越高。
溫度本身是一個統計性的物理概念,我們不可能對每一個微觀粒子進行平均動能測定,對於只含有少量微觀粒子的系統來說,我們測定溫度是沒有任何意義,溫度這個概念的提出,是為了讓我們研究整個系統的物理狀態,它所表現出來的是系統中所有微觀粒子的平均動能。從分子層面看,平均動能是包括所有粒子平動、轉動和振動三種動能總和的平均值,而這三種情況代表了分子運動所具有的基本形式。但從更微觀的原子層面上看,單原子分子結構的平均動能,僅包含平動動能一種形式。
透過科學家們對理想氣體的研究,氣體分子的平均動能與熱力學溫度之間存在著正比的關係,這個比例稱為玻爾茲曼常數。在宏觀測量狀態下,所測出的溫度與微觀粒子運動平均的平動動能相對應,大量粒子表現出來的平均平動動能,在宏觀統計上表現的就是溫度。
最高溫度的推算既然溫度表徵的是微觀粒子進行熱運動時所具有的平均動能,那麼宏觀系統中所有微觀粒子熱運動時,在最高速度下所表現出來的宏觀標量,就代表這個系統的最高溫度,而這個最高速度只能是光速,而無法突破光速,因此,任何由微觀粒子組成的宏觀系統必然有最高溫度上限。
在理想氣體狀態下,一個系統的溫度,可以平均到一個粒子平均動能上,其計算公式為:Ek=1/2mv^2=3kT/2,其中k為玻爾茲曼常數,值為1.38*10^(-23)J/K。透過這個公式,我們推匯出系統溫度的計算公式為:T=mv^2/3k,然後將v替換為光速c,則可以推算出在光速下的物系最高溫度。
比如,一個電子的最高溫度,將電子的靜止質量9.1*10^(-31)代入,T=9.1*10^(-31)*9*10^16/(3*10^(-23)),最後的結果約為20億K。同樣,我們也可以計算出一個質子的最高溫度約為4*10^(22)K,即400萬億億度。
那麼宇宙間理論上的溫度值是否就是400萬億億度呢,還不是,因為還有一個粒子普朗克質量的問題,即粒子的康普頓波長與其史瓦西半徑相比的質量,這也是理論上宇宙中粒子質量的最大值,透過這個質量,我們推算出的溫度稱為普朗克溫度,其值為1.42*10^32K,這個溫度僅發生在宇宙奇點大爆炸的瞬間。
最低溫度的推算在理想狀態下,如果組成物體的微觀粒子,其平均動能降到最低,即不發生任何運動,速度為零,那麼根據T=mv^2/3k,則計算出這個物系表現出來的溫度值為0K,即絕對溫度,也是開爾文溫度與攝氏溫度之間差值的由來。那麼我們以攝氏溫標提出來的絕對溫度-273.15攝氏度是怎麼來的呢?
實際上,我們在現有實驗水平條件根本不可能使微觀粒子的運動速率為零,但可以應用理想氣體相關實驗進行線性外推,因為氣體的壓力與溫度成正比,在絕對零度時,壓力為0,這就意味著理想氣體可以無限壓縮。那麼透過實驗的方式可以推測出絕對溫度的數值,主要步驟為:
變換理想氣體的溫度,使其處於若干實驗點之上,測得相應理想氣體的壓力;
透過理想氣體對容器壁的壓力,測算溫度與氣體體積之間的關係;
繪製理想氣體的壓力和溫度之間的曲線。
透過上述實驗的反覆進行,科學家們得出理想氣體的體積與溫度之間表現出如下關係:
pV=nR*(Tc-b),其中p為壓力,V為體積,n為氣體的量 ,R為理想氣體常數,Tc為攝氏溫度,b為壓力與攝氏溫度分別作為座標軸時所繪製延長的直線與橫座標的交點座標值,也就是開爾文溫度與攝氏溫度之間的差值,我們所說的絕對零度就是這個b值。
透過科學家的不懈努力,理想氣體常數R最終測得的結果為8.3144598 J/mol/℃。之後我們在0攝氏度情況下,測得1mol理想氣體體積為22.414L,那麼代入b的計算公式:b=-pV/R,測算出絕對零度b的值為-273.15攝氏度。
絕對零度所表達的是理想氣體微觀粒子速度為零時,氣體系統對外顯現的熱能為零,是理論狀態下所能達到的最低溫度,而實際上只能無限接近,而不能真正達到。
總結一下溫度這個概念的設定,取決於組成物質微觀粒子的平均動能,而微觀粒子每時每刻都處在運動之中,其運動速率有上限也有下限,上限是光速,下限是零,因此物質對外表現出來的溫度值,理論上也就有限制。透過科學家的計算推導,其上限為普朗克溫度1.42*10^32K;下限為0K,與攝氏溫標換算為結果為-273.15攝氏度。
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5 # 問樞堂主人醫學科普
溫度:是表示物體冷熱程度的物理量,微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。從分子運動論觀點看,溫度是物體分子運動平均動能的標誌。溫度是大量分子熱運動的集體表現,含有統計意義。對於個別分子來說,溫度是沒有意義的。
從上面來看,溫度的本質就是分子原子等微觀物質的運動。
那麼,宇宙有最高溫度嗎?答案是肯定的,有!那麼宇宙最高溫度是多少呢?答案是:10000億億億度!這也是宇宙大爆炸瞬間10的(-36次方)秒時的溫度!
最高溫度有了,那麼宇宙中最低溫度是多少呢?很簡單,因為溫度的本質是運動,那麼當物體的分子原子不運動時它就沒有溫度了。稱之為絕對零度,絕對零度只是個理想狀態下的溫度,它的數值是-273.15℃。在這個溫度下運動絕對停止了!由於是理想狀態,所以宇宙中的溫度只能無限接近絕對零度,而不可能是絕對零度!
所以,綜上所述,宇宙有最高溫度,也有最低溫度!只不過我們沒有刻意去了解它罷了!
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6 # 鍾銘聊科學
宇宙中的最低溫度和最高溫度
在我們所在的這個宇宙當中,其實存在著最高溫度,同時也存在著最低溫度。最低溫度其實就是零下273.15度,那最高溫度呢?
最高溫度是宇宙才形成時的問題,這個溫度達到了1.4*10^32度,也就是1.4億億億億度,這裡多說一句,我們一般用的溫度單位是攝氏度,實際上在物理學當中,用到的是開爾文,用符號K來表示。那為什麼會有最低溫度和最高溫度的說法呢?
今天我們就來聊一聊這個話題。
最高溫度是咋來的?按照目前主流的宇宙學理論,我們知道,宇宙並不是永恆的,而是有個起點,這個起點也被我們稱為奇點。138億年前,在奇點處發生了一場大爆炸,宇宙從無限小,曲率無限大的空間,開始快速膨脹。
而宇宙大爆炸的那一刻溫度是非常高的,按照目前的理論,我們並不知道宇宙大爆炸開始的普朗克時間內的發生了什麼。這裡我們解釋一下什麼是普朗克時間,它指的是時間變化的最小時間間隔。也就是說,時間的流逝並不是連續的,而是有個最小的變化單位,每次變化都是這個最小的單位的整數倍。這個普朗克時間是10^-44秒。
所以,宇宙大爆炸之後的10^-44秒那一刻,宇宙對應著一個普朗克溫度,這個溫度就是如今我們知道宇宙的最高溫度,這個溫度是1.4*10^32K。在這之後,宇宙的溫度隨著空間的急劇膨脹而開始下降,在宇宙大爆炸之後的38萬年,宇宙的溫度下降到3000K左右,這個時候,宇宙中的原子得以形成,光子可以在宇宙中自由的穿行。因此,這個普朗克溫度也被視為溫度的上限值。
如今宇宙大爆炸的溫度還殘存著,這也是宇宙的背景溫度,我們管這個叫做宇宙微波背景輻射,這也是證明宇宇宙大爆炸的關鍵證據,同時告訴了我們許多宇宙演化的證據,是天文學家手中的研究利器。
圍繞著宇宙微波背景輻射,如今已經產生了3個諾貝爾物理學獎了。宇宙微波背景輻射的存在也告訴我們一個關鍵的資訊,那就是宇宙並不是絕對零度,也是有溫度的,這個溫度就是宇宙大爆炸的餘溫,如今是2.72K,也就是比絕對零度要搞2.72度。但實際上,如果你拿個溫度計去測這個溫度,你會發現根本測不出來,這其中有許多原因,但其中一個關鍵原因就在於溫度的定義上。
絕對零度關於宇宙的背景溫度為什麼測不出,我們可以結合著絕對零度來說。我們知道,萬物都是由粒子構成的,從微觀視角上看,溫度的本質其實是一種運動,我們定義為微觀粒子的熱運動的劇烈程度。具體什麼意思呢?
實際上,構成萬物的粒子並不是整齊劃一地排列,它們基本上可以被認定為“多動症患者”,這種運動讓我們沒有辦法直接觀測準。
這個觀點,其實我們透過布朗運動就已經間接地觀測到了。所謂布朗運動指的是花粉粒子在水分子的撞擊下呈現的不規則運動。愛因斯坦甚至用數學語言證明了布朗運動。
雖然,我們沒辦法把描繪出每一個粒子的具體運動,但我們可以透過統計學的方法來進行測量。科學家發現,這些粒子整體運動得很劇烈時,溫度就會比較高,整體運動得沒有那麼劇烈時,溫度就會比較低。
所以,只有當粒子數量足夠多時,才有溫度。但是太空真的是超級空曠,平均密度要低於一立方米一個氫原子的水平。因此,拿個溫度計根本測不出太空的溫度。
同樣的,根據溫度的定義,我們也就容易理解絕對零度是咋得出來的。
具體來說,就是當粒子處於能量最低狀態時,所對應的溫度,這是在量子力學的理論框架得到的結果,是理論上的溫度下限值。我們可以透過理論計算出這個結果,也就是零下273.15度。
那你可能先問了,有沒有辦法讓溫度低於絕對零度呢?
我們可以從兩個角度來分析,首先,從理論上是不可能的, 因為在物理學中有個基礎理論叫做熱力學第三定律,這個定義大概就是不可能透過有限過程使系統冷卻到絕對零度。如果能做到絕對零度以下,那就說明理論錯了。
那實際操作中,有沒有可能做到呢?
其實物理學定律就是用來打破的嘛,沒有突破,哪來的新理論?
不過,搞出新理論的前提是紮實的實驗證據。因此,有一幫科學家一直在致力於製造出低於絕對零度的溫度。不過,到目前為止,還沒有人能夠做出低於絕對零度的溫度,他們只能做到儘可能地接近絕對零度。
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7 # 量子科學論
宇宙最低溫度的限制是-273.15℃,也就是我們常說的絕對零度,有了具體數字的存在,而且也經常被人提起,所以我們都知道宇宙有極限低溫。但是極限高溫呢?一般我們很少提到極限溫度這個概念,所以導致我們很多人認為宇宙中的溫度是無限的,可以任意的升高,但是整個宇宙的能量是有限的,那麼又如何能存在無限高溫呢?下面我們就說下宇宙的最低溫度和最高溫度!
首先我們瞭解下什麼是溫度在物理學中,我們將有質量的粒子一般稱為物質粒子,例如:質子、中子、電子,而那些無質量的粒子則稱為輻射粒子,例如:光子。能量越高的物質粒子,說明其攜帶的動能越高,也就是運動速度越快,在宇宙學中我們會簡單的稱為“熱粒子”,而那些動能低,運動速度慢的粒子稱為“冷粒子”。能量越高的輻射粒子(光子),則擁有更短的波長、更高的頻率。
我們在宇宙中所能看到的所有普通物質結構都是由原子構成的,當然一些物質是由原子組成的分子構成的,這些原子和分子在物質結構中並不是靜止不動的,而且一直在隨機運動或者振動,而隨機運動和振動的粒子就擁有了一定的動能,說明其攜帶一定的能量,這個能量就變現為物質結構內部的熱能。換句話說,粒子在物種中的隨機運動或者振動是物質產生熱量的根本原因。
而溫度就是我們人類規定出來的,用以衡量物質中原子和分子所擁有平均動能的物理量。而絕對零度的定義是,物質中沒有任何原子或者分子運動的狀態,也就是物體的內能為0。而絕對零度也會讓,宇宙中的基本粒子的動能為0,失去運動速度。這就違反了量子力學中的不確定性原理,任何物質粒子的動能和位置不可能同時確定,它們的乘積必須大約普朗克常數的1/2。而且輻射粒子,光子攜帶的能量也不可能為0,只會無限的接近0。所以,宇宙中不可能存在靜止不動的粒子,也不可能存在不攜帶能量的光子,因此,絕對零度無法達到。
宇宙中的極限高溫我們知道整個宇宙中的所有物質和輻射粒子都來源於大爆炸,而大爆炸這個充滿能量的狀態來源於宇宙暴漲階段,既然宇宙有起源,那麼它肯定在過去的某個時刻存在極限高溫。而且我們知道宇宙中的能量是守恆的,所以在宇宙誕生到現在能量並沒有消失,那麼我們將目前宇宙中所有的物質都轉化為能量,並且將所有可能的能量形式都加起來,那麼我們就能知道宇宙誕生時的極限溫度了。
在我們的可觀測宇宙中,目前存在著普通物質、暗物質、中微子、反中微子、輻射,以及空間中固有的能量,其中普通物質粒子大約有10^80,中微子和反中微子的數量大約在10^89,然後我們在加上所有的暗物質和暗能量,然後透過E=mc^2將所有的物質都轉化為純能量,而這個能量大約對應於10^103開爾文的溫度。所以,我們將可觀測宇宙中所有的能量都加在一起,是存在一個極限溫度的。
為什麼我們平時不說極限高溫呢?不說的原因是因為極限高溫對我們人類來說,可望而不可即。不像絕對零度那樣,目標就在眼前,雖然在理論上無法達到,但我們還可以透過技術手段無限的接近。而極限高溫說的正是極限能量,其實我們人類一直在粒子加速器中追求更高的能量,但是我們人類所創造的能量,在宇宙中根本不值一提,比不上一顆無時無刻正在發光的太陽,比不上一次超新星爆發、比不上宇宙射線對地球的轟擊、更比不上一次黑洞物質噴流和X射線、γ射線爆發。
而且在創造更高能量的過程中還會存在一些災難性的限制。例如:
當我們把非常大的能量聚集在一個很小的空間內,就會創造出一個黑洞。不過這個黑洞並不是我們常見的那種能夠吞噬一切的大型黑洞,而是微型黑洞。當我們將足夠的能量附加於一個量子粒子,那麼在非常小的尺度上就會創造一個微型黑洞,這個能量大約為10^19 GeV,但是微型黑洞由於質量非常小,會在極端的時間內透過霍金輻射衰變。因此,高能量下黑洞的形成,也會阻止人類創造極限高溫。
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8 # 科學課代表叩de俠
問題中的-273.15℃被稱為絕對零度。
在聊絕對零度之前,我們先一起了解一下什麼是溫度。
溫度的本質是分子平均動能的一種標誌,當物質內部的分子處於運動狀態時,運動越激烈,其溫度越高,反之則溫度越低。
為了方便人們測量溫度,不同的溫標體系被陸續定義。其中使用比較廣泛的是攝氏溫標,符號用「℃」表示。以紀念開爾文,另一種被廣泛使用的溫標被稱為開氏溫標,也被稱為絕對溫標,符號用「K」表示。
攝氏溫標與絕對溫標的換算式是:攝氏溫標 = 絕對溫標 - 273.15。
我們經常所說的絕對零度是絕對溫標定義的零點,指的就是0K,對應的便是-273.15℃。
絕對零度,這是自然中理想的理論值,只有物質內部分子處於完全靜止狀態時,才能達到絕對零度。
熱力學定律表示,絕對零度永遠無法達到,只能無線接近,因為任何空間必然存在能量和熱量,並不斷進行相互轉換而不會消失。
這就是為什麼物質的低溫最低是-273.15℃(絕對零度),且物質的溫度只能無限接近,不能達到或低於絕對零度。
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9 # 星宇飄零2099
關於最低溫度約為-273.15℃,這其實是一個人為定義的數值。
低溫的極限——絕對零度熱力學裡所使用的是絕對溫標,溫度的單位是K(開爾文) ,它定義了最低的溫度為絕對零度,即0K(零開爾文,不是英文單詞OK……),對應我們日常使用的攝氏溫度約為-273.15℃。
所以題目裡說的-273.15度其實指的就是熱力學裡的絕對零度,熱力學是研究物質熱運動的一門物理分支科學,在熱力學裡把分子沒有動能也沒有勢能,動勢能為0時定義為絕對溫標的零點。在絕對零度下分子沒有熱運動。
雖然絕對溫度的零度相當於攝氏溫度的-273.15度,看起來完全是兩個標準,但其實它們的溫度增減是一樣的,沒有差異,也就是絕對溫度增加1度,攝氏溫度也增加1度,兩者的數值變化完全是同步的。所其實絕對溫度就是參照攝氏溫度來定義,只是把零點換成了絕對意義的0度。既然絕對零度就是熱力學定義出來的物理最低溫度,因此物理世界就不可能有比它更低的溫度了。
那麼作為絕對溫標的參照的攝氏溫標又是怎樣定義的呢?這個估計很多同學都知道了,就是按照水的狀態變化來定義的:在1大氣壓下,冰水混合物的溫度作為0度,沸騰時的溫度為100度,然後就上水銀汞柱,把0度時的汞柱高度到100時的汞柱高度之間平分100份作為標記,這樣水銀汞柱每上升1格就相當於上升1度。由於冰水混合物時,溫度依然能下降,下降的溫度就按照前面標記的標準進行計算就對了,即汞柱每下降1格就是下降1度。
你現在可以看出來了,所謂的最低溫度-273.15度完全是人為定義出來的。
高溫的極限——普朗克溫度至於最高溫度,其實也是有上限的,物理上稱為普朗克溫度。喜歡看科普的人對普朗克xx都不會陌生,諸如普朗克常數、普朗克長度、普朗克時間等等,都是經常出現在各種科普作品裡的,但你可能會奇怪它們全是一些代表很小很小尺度的數,但討論極限溫度不應該是很大很大的嗎?你來個普朗克溫度是什麼鬼?
其實它的定義也是很小很小的,普朗克溫度的定義是:宇宙大爆炸後1普朗克時間時宇宙的溫度。理論上沒有比這更高的溫度了,宇宙誕生後1普朗克時間時,宇宙處在可測量宇宙的最小尺度,我們知道,當把物質壓縮,它的溫度就會上升,而當宇宙所有的物質能量均集中在一個可測量極限的最小空間裡時,它的溫度就達到了最高,我們不可能製造比那時更高的溫度了。根據計算,普朗克溫度大約是1.416833(85)×10^32 K。這就是我們宇宙的溫度上限。
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10 # 星球上的科學
在日常生活中,溫度用來表達物體冷熱程度的,冬天溫度低了大家就要加衣,夏天溫度高了就會脫衣,不管氣溫高低,都在影響著我們的生活。
在我們地球上,所有的生物對溫度都有一個適應機制,溫度如果過高或者過低都會對生物機體造成一定的影響。在北宋大文學家蘇軾詞中說“我欲乘風歸去,又恐瓊樓玉宇,高處不勝寒。”
從這句話中其實也可以間接的說明一種自然現象,海拔越高的地方,溫度越低。
溫度的本質是什麼?我們對溫度的理解也只是熱和冷這兩個概念,但事實上溫度確實表示物體冷熱程度的一個物理量。關於溫度的極限這是一個有趣的問題,要想了解這個問題,就需要來認識一下溫度的實質。
在我們學習物理的時候,課本里描述溫度是這樣的“溫度是表示物體冷熱程度的物理量,微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。”
我們以水為例,一杯熱水的熱量是來自於水分子的微觀運動,當水漸漸冷卻的時候,那麼水裡面每個水分子的平均運動速度會越來越慢,直到溫度降到0k,也就是-273.15℃,分子才會停止熱運動。
當然0k只能無限接近,無法達到。總而言之溫度的本質就是分子的運動,分子運動的越激烈,溫度就會越高。
華氏溫標和攝氏溫標。在1724年是由德華人華倫海特制定的,他把冰的熔點溫度定為32 ℉,把標準大氣壓下水的沸點溫度定為212℉,又在32℉~212℉之間平均分成了180份,把每一等份認為是1度,這就是華氏溫標,符號F,單位是℉。
是由1724年瑞典天文學家安德斯·攝爾修斯提出,一個大氣壓下的冰水混合物的溫度為0 ℃,水的沸點為100℃ ,把0~100℃之間平均劃分為了100份,每份代表為1℃。攝氏溫標用符號C表示,用℃表示單位。
熱力學溫標。到了1848年,威廉·湯姆森利用熱力學第二定律的推論卡諾定理引入熱力學溫標。熱力學溫標又稱開爾文溫標、絕對溫標,簡稱開氏溫標,是國際單位制中的溫度單位,K氏溫標用符號T表示,K表示其單位。
我們平時所說的絕對零度指得就是指熱力學溫標——0K,換算為攝氏溫度也就是-273.15℃,是粒子動能低到量子力學最低點時物質的溫度。
目前宇宙最高溫是多少?太陽一秒鐘所釋放出來的能量就足夠全人類使用25萬年的了,而太陽的表面溫度約為5700℃左右,這個溫度超過了目前已知的熔點最高的金屬,這樣看來5700℃確實很高,但是宇宙最高溫可是1.42億億億億度,還被稱為普朗克溫度。
目前量子力學給出的溫度上限就是普朗克溫度——絕對熱度,只有宇宙大爆炸的那一刻才達到過這個溫度。
普朗克溫度怎麼來的呢?在138億年前一個叫“奇點”的神奇物質在一瞬間發現大爆炸,於是我們的宇宙就誕生了,而溫度的實質是粒子運動,粒子又是宇宙大爆炸產生的。
在宇宙大爆炸那一瞬間溫度極高,後來當溫度降下來時,能量便凝聚成了我們現在的基本粒子,之後又形成了原子、分子等等,最後便有了我們現今的宇宙。
粒子振動得越來越厲害,溫度就會越來越高,而在宇宙大爆炸的初始時刻,肯定粒子所能達到的就是最高溫度,也就是宇宙大爆炸那一刻的溫度,超過那一刻就進入了量子引力的範圍,而且現代物理學將在這一刻失效,因此這時候所達到的溫度就是宇宙最高溫。
為什麼達不到絕對零度呢?絕對溫度定義為所有原子運動停止的點,為了達到真正的絕對零度,不僅原子運動必須停止,而且所有原子的內部元件也需要停止,那麼電子需要停止繞原子核運動,原子核中的中子和質子也將停止相互作用,其內力,夸克等等也都必須停止所有活動。
但由於量子力學效應,這是根本不可能的達到的。由於我們空間中的能量交換每時每刻都在進行,這只是一種理想情況,因此絕對零度只能無限接近,不可能達到。
目前使用鐳射冷卻和磁蒸發冷卻技術已經可以非常接近絕對零度了,在鐳射冷卻中利用快速移動讓原子與光子相撞,直到它們減慢到開爾文的1 / 10,000度。
總結。溫度主要是取決於內部原子、分子等粒子的動能,根據麥克斯韋-玻爾茲曼分佈,粒子的平均動能越大,溫度也就越高。
當粒子的平均動能低於量子力學的最低點時,溫度就達到了絕對零度,此時溫度已經不可能再低了,但事實上自然界的溫度只能無限逼近於絕對零度,永遠不可能達到絕對零度,這是因為當處於絕對零度的時候,此時所有粒子都將處於完全靜止的狀態。
一切的熱力學活動也將全部停止,那麼粒子的速度和位置就被確定了下來,與量子力學中的“不確定性”是違背。但其實溫度也是有上限的,上限在物理上被稱為普朗克溫度。
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11 # 建業水
任何度量都在一定的時空體系對應,把太陽系的範圍作為提前約束,高溫上限是太陽系最大形成時最高溫度,最低溫度是-273.15度,站在我們今天宇宙的上講最高溫度是1.4*1032度數;宇宙也有很多未知,黑洞也有另一個世界存在,能夠打破我們物理認知前提,最低溫度未必就是-273.15度,暗物質世界是另外一個維度的時空的話,也許那個維度暗物質世界的生靈在苦惱最高溫度的問題。看今天宇宙誕生,就如盤古開天劈地一樣,盤古何來,宇宙為何要生成今天這個樣子,要用熵來定義這個宇宙的秩序的狀態,在現在的觀測系的時空觀裡分子不運動了達到絕對零度的確是最低溫度,如果能找到蟲洞,在蟲洞的觀察世界裡,這個絕對零度會有什麼變化。最高溫度也好最低溫度也好,包括觀察的最大距離,最小距離都最後在一個觀察系決定,你在哪個環境就能呈現出一定規律的“相”,也許這個也是就是大千世界的小千感覺,人類希望站在科學的最高點,來回答哲學最基礎的問題“你從哪裡來?你是誰”。物理任何問題最後又都會歸為哲學問題,笑一笑,你還在人間的世道上流浪。
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12 # shoyeh
首先高溫不是無限,目前也有個理論值,大約是1.42億億億℃,也就是宇宙大爆炸時的溫度,這要從溫度的概念說起,有一種說法是,溫度就是分子運動的宏觀體現,那麼最低溫當然就是分子不動了,最高溫就是分子速度達到最大,至於為什麼最低溫是-273.15℃,那是因為人們在認識的過程中先定義了冰水混合物為0℃,其他溫度都以此為準了,如果定義冰水混合物為100℃,那最低溫就是-373.15℃了,水就200℃沸騰了!
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13 # 踏浪而來UFO
【原創】如果溫度可以無限低的,那就沒有什麼溫度可量可計的,而就沒有什麼熱的輻射性發應性出來了。因為有著無限低的溫度,就不是溫度了,就沒有自然效能量性相對性產生出來的熱度了。或當溫度達到一定的低溫時,就會因低溫的作用,使到空間的坍陷收縮凝固出某種的天體出來了,或因運動就會演化成為某種的星球了。當然,有關天體各個的恆星或行星,可能不是這樣演化出來的,但可能亦會與真空的寒冷空間是有關聯的,才能演化出宇宙中的各種各樣的天體出來了。而至於溫度最低值是-273.15c的多小,總有著一個數據出來的。如果說高溫可以無限高的,這亦未必的,因為就算高溫可以無限高的,亦要有著能量性質量性的體積而存在的,是受限於其密度的體積性的,不可能象空間的一樣浩瀚無邊的有著溫度是無限高的,但寒冷雖然是有盡頭的,但寒冷幾乎是可以覆蓋著整個的宇宙空間,因此,溫度的無限高亦是要有著條件性的有限了。但不知是不是這樣的認為,而下面就交給磚家們繼續的討論吧!
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14 # 很黃很Q的小黃人
長篇大論不一定好,我簡單說幾句容易理解的吧。
你可以這樣認為,溫度就是分子的運動,運動越激烈,溫度越高。(物質的溫度取決於其內原子、分子等粒子的動能。)
那麼分子靜止的時候的溫度就是-273.15C,很好理解吧,速度為零(理想狀態下可以),但不可能為負數,而速度無上限制。所以溫度無最高。
當然其實溫度也有上限的,只是沒有被發現,或者不可被測量,所以當做沒上限。
我們定義的0℃,就是以水結冰時的溫度來定義的,水是我們日常接觸最多的。而水結冰後,水分子其實也是還在運動的哦,遠遠達不到絕對零度。
回覆列表
我們能感知的溫度來自物體本身分子的熱運動。分子熱運動越劇烈,溫度越高;反之溫度越低。
比如一塊燒紅的鐵和一塊冰,燒紅的鐵裡面的粒子運動劇烈,當我們用手觸控鐵塊的時候,鐵塊表面劇烈運動的粒子撞擊我們手部的面板,使我們感受到熱;當我們觸控到冰塊時,我們手部表面分子撞擊冰塊表面分子,冰塊表面水分子被撞擊分子運動增大,我們手的表面分子運動減小,所以我們感覺到冷。
分子的熱運動可以接近停止,所以有最低溫度,但分子的熱運動無上限,所有溫度可以很高,但人類可以把光速定為它的上限。