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  • 1 # 科學薛定諤的貓

    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620萬公里。有讀者查閱資料後,發現了一個詭異的現象,太陽表面620萬公里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,所以觸碰到人體面板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岩漿,岩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公里到800公里範圍內的熱層,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。許多科學報道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象的那麼恐怖。

  • 2 # 小宇堂

    哈勃法則

    宇宙的膨脹就是非常令人驚訝且反直覺的。例如宇宙的膨脹,甚至會造成星系遠離的速度超過光速,從而形成未來視界(某星系上的觀察者,永遠也不再能觀察到另外一個星系了)。但這並不違反相對論。因為兩個星系超光速遠離的原因並非星系加速度造成,而是因為時空度規的擴張(時空網格的每個縫隙在擴張)。時空度規的擴張直接導致了哈勃法則所觀察到的反直覺的現象——星系相距越遠,他們相互分離的速度就越快,如果距離足夠遠,這個分離的速度就可以超過光速。

    哈勃法則(Hubble"s law)描述,來自遙遠星系光線的紅移與它們的距離成正比。這條定律是因證實者哈勃而命名。它被認為是空間度規擴張(metric expansion of space)規律的表述,是支援大爆炸的一個重要證據。狹義相對論所闡釋的時間和空間的一體性

    我們日常生活中的那些鐘錶以及我們接受的教育,讓我們把時間和空間的認識分裂開來,形成的時間和空間的二元對立認知。而實際上物理學告訴我們,時間和空間是一體的,它們是粘在一起的,這個膠水就是真空中的光速c。一段距離可以表述為一段時間,於是有了光年這個距離單位。

    而這種關聯性也造成了狹義相對論中所描述的各種反直覺的現象——雖然這些現象要在相對高速的情況下才能體驗得到。

    但在低速情況下,我們也可以更新我們的認識。我們可以把我們看到的任何有距離的物體,認為是該物體過去的影像。我們也可以把任何一段距離表示為時間差,或者把任何一段時間表述為距離。雖然時間是一個標量,而位移是一個向量。但或許在時空一體性的意義上來說,時間也可能是一個向量。

    廣義相對論所描述的加速度與引力加速度等效性

    愛因斯坦提到:慣性質量與引力質量相等,這仍然是一個謎。因為這個天衣無縫的直覺得不到理論的驗證。

    把在加速運動中的重力體驗認為是引力體驗,這實際上是順應直覺的,但這個直覺是錯的。

    但在直覺之外,這一種等效性似乎暗示了加速度和引力加速度的本質是相同的,他們似乎都是時空的一種幾何現象。如果說引力壓縮了時空,形成了某種時空壓力梯度,那麼任何其他力造成的加速度也可以視為對時空在某個方向上的時空密度梯度或者壓力梯度(個人觀點,未見其它資料有這樣表述)。

    某些看似物體的東西實際上是液體

    例如玻璃。雖然成分完全相同,但是玻璃和水晶的狀態完全不同,水晶是晶體,有固定的熔點,而玻璃從某種意義上講是一種流體(或者特殊的液體)。放在地面上的玻璃會因重力緩慢地向地面流動(而水晶不會),放到數億年的尺度上就很明顯了。

    量子糾纏“鬼魅的超距作用”

    這個最近幾年各種媒體和科普文章提得比較多,這裡只說一下其中反直覺的部分。因為大部分媒體或某些科普作品都把基於量子糾纏的通訊渲染成了某種突破性的超光速通訊,理由是“糾纏量子之一的狀態被確定後,另一個糾纏量子的狀態會瞬間確定”。

    這個量子態測量態的確定確實是瞬間確定的,直覺貌似是實現了某種超光速的傳輸。但實際上,這不過是確定了遠端和本地共享的一個隨機狀態,而無法把本地的一個確定狀態傳送到遠端端。

    量子資訊傳輸(貝爾態)和經典資訊(基態)傳輸的性質是不一樣的。量子資訊傳輸沒法實現超光速的經典資訊傳遞——這一點是反直覺的。經典資訊還是隻能走低於光速的傳遞方式進行。

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